The Knowledge Frontier

Anga na falakiChapisho la awaliUchunguziDakika 3 za kusoma

NYOTA MBILI ZILIZOKUFA KWENYE OBITI ILIYONYOOSHWA ZAIDI KUWAHI KUONEKANA

Jozi za nyota za nyutroni — viini vilivyoporomoka vinavyobaki baada ya nyota kubwa — huzungukana na polepole hupoteza nishati kama mawimbi ya mvuto. Ya kwanza ilipatikana mwaka 1974 (PSR B1913+16), na zaidi ya 30 zinajulikana leo. Baadhi hatimaye huungana, zikizalisha matukio kama GW170817 na GW190425 yaliyogunduliwa na LIGO. Ni jozi ngapi kama hizo zinazobaki katika Njia ya Maziwa, na kwenye obiti zipi, ni maswali ya msingi kwa astronomia ya mawimbi ya mvuto na kwa kisa cha jinsi nyota pacha zinavyobadilika.

Obiti ya rekodi

PSR J0653+0443 ni pulsa — nyota ya nyutroni ambayo boriti yake ya redio hupita Dunia kama mnara wa taa — inayozunguka mara moja kila milisekunde 47.5. Iligunduliwa kwa mara ya kwanza na Darubini ya Redio ya Duara yenye Kipenyo cha Mita Mia Tano (FAST) ya China tarehe 20 Novemba 2022, na iko umbali wa takriban kiloparseki 1 (yapata miaka-mwanga 3,000), katika mkono wa Perseus wa Galaksi.

Kwa kupima wakati wa mipigo yake kwa zaidi ya miaka miwili, Z. L. Yang, J. L. Han na wenzao katika Vituo vya Kitaifa vya Uchunguzi wa Anga vya China na vyuo vikuu washirika waligundua kwamba inazunguka nyota nyingine ya nyutroni. Uzito: uzito wa Jua 1.38 kwa pulsa, 1.44 kwa mwenzake.

Obiti ni ya ajabu:

  • kipindi cha siku 79.084, kirefu zaidi kati ya nyota zote pacha za nyutroni zinazojulikana;
  • upekee (eccentricity) — 0 kwa duara, karibu na 1 kwa obiti iliyonyooshwa karibu kuwa mkunjo ulio wazi — wa 0.99238692 — wa juu zaidi kuwahi kupimwa kwa jozi yoyote ya nyota; rekodi iliyotangulia, kwa nyota pacha ya kawaida, ilikuwa 0.985;
  • dakika 46 tu kwenda kutoka upande mmoja wa mwenzake hadi mwingine, huku sehemu kubwa ya siku 79 ikitumika mbali;
  • wakati wa ukaribu mkubwa zaidi, umbali wa nusu-vipenyo vya Jua 0.83, yapata kilomita 580,000 — chini ya nusu-kipenyo cha Jua lenyewe — na kasi linganishi ya kilomita 1,140 kwa sekunde, kubwa zaidi kati ya nyota pacha za nyutroni zinazojulikana.

FAST ni sahani isiyosogea: huona ukanda mmoja tu wa anga ulio juu yake, na ukaribu mkubwa zaidi hauangukii kila mara ndani ya ukanda huo. Kati ya 2025 na 2028, ni mipito miwili tu inayoangukia katika uwanja wake wa kuona: 19 Februari 2025 na 21 Aprili 2027. Timu ilifuatilia wa kwanza kwa saa mbili, kipimo kimoja kila dakika.

Kupatwa na duaradufu inayoyumba

Wakati wa mpito huo, ishara ya redio ya pulsa ilitoweka kwa sekunde 85 ilipopita nyuma ya mazingira ya sumaku ya mwenzake. Hii inamaanisha tunaiona obiti karibu kutoka ukingoni. Ni kupatwa kwa pili tu kuwahi kuonekana katika nyota pacha ya nyutroni, baada ya pulsa pacha maarufu PSR J0737−3039A.

Uhusianifu wa jumla hufanya duaradufu kugeuka polepole — msogeo wa periastroni (advance of periastron) — sehemu ya obiti ya ukaribu mkubwa zaidi husogea polepole kuzunguka —, uliopimwa hapa kuwa digrii 0.017791 kwa mwaka, kama ilivyotabiriwa. Lakini msogeo huo si sawa wakati wote: unaongeza kasi karibu na ukaribu mkubwa zaidi. Kwenye obiti hii iliyo karibu kuwa parabola, mwelekeo wa obiti hubadilika wakati wa mpito wenyewe, ukisogeza pulsa kuelekea kwetu kisha mbali nasi, na kuharakisha kisha kuchelewesha mipigo yake kati ya milisekunde −2.91 na +2.49, zaidi ya mara kumi kuliko katika mfumo mwingine wowote wa aina hiyo.

Imezaliwa kutokana na msukumo mkali

Jozi kama hizo zinadhaniwa kutokana na nyota mbili kubwa zinazolipuka moja baada ya nyingine. Kwa mujibu wa waandishi, upekee huu uliokithiri unaweza kutokana tu na “msukumo” mkubwa (kick) uliopewa nyota ya pili ya nyutroni kadiri kiini cha chuma cha nyota iliyoizaa kilipoporomoka. Uigaji wao unapendekeza msukumo wa zaidi ya takriban kilomita 400 kwa sekunde.

Pia waliiga takriban jozi bilioni moja za nyota kubwa. Kati ya nyota pacha za nyutroni zilizobaki, zile zenye upekee wa zaidi ya 0.95 na kipindi cha siku 50 hadi 110 ni chini ya asilimia 0.5. Hata hivyo hii ilijitokeza miongoni mwa 28 tu zinazojulikana nje ya makundi ya duara (globular clusters), katika diski ya Galaksi. Kwa maneno ya waandishi, “ama tuna bahati sana au nadharia ya sasa ya mageuzi ya nyota pacha na uelewa wa sasa wa supanova za kuporomoka kwa kiini vinahitaji marekebisho”.

Mipasuko ya mawimbi ya mvuto

Kwa sababu nyota hizo mbili zinakaribiana mara moja tu kila siku 79, zinatoa mawimbi ya mvuto katika mipasuko ya mara kwa mara. Utoaji hufikia kilele karibu na milihezi 0.357, mzunguko mmoja kila dakika 47 — urefu wa mpito wa ukaribu mkubwa zaidi. Hiyo ni hafifu mno kwa vituo vya angani vya mawimbi ya mvuto vilivyopangwa, LISA, Taiji na TianQin, lakini dhana za baadaye zilizopendekezwa kama LISAmax zingeweza kuigundua kwa miaka kumi. Jozi hii itaungana baada ya takriban miaka bilioni 2.5, ikimalizika kwa tukio kama GW170817.