Świecąc światłem milionów słońc

Galaktyka Wir (M51) widziana w zakresie rentgenowskim przez Obserwatorium Rentgenowskiego Chandra (kolor fioletowy) oraz w zakresie widzialnym (czerwony, zielony, niebieski) za pomocą Kosmicznego Teleskopu Hubble’a. Na zdjęciu zaznaczono ultrajasne źródło rentgenowskie (ULX) przebadane przez naukowców z Caltech. Źródło: NASA/CXC/Caltech/M. Brightman et al.; zakres widzialny: NASA/STScI

W latach osiemdziesiątych XX wieku badacze zaczęli odkrywać ekstremalnie jasne źródła promieniowania rentgenowskiego w zewnętrznych rejonach galaktyk, z daleka od ich supermasywnych czarnych dziur okupujących rejony centralne galaktyk. Na początku badacze uważali, że te obiekty kosmiczne, zwane ULX (ultrajasne źródła rentgenowskie) były masywnymi czarnymi dziurami o masie ponad dziesięciu mas Słońca. Jednak rozpoczęte w 2014 roku obserwacje za pomocą NuSTAR oraz innych teleskopów kosmicznych wskazują, że część ULX, które świecą w zakresie rentgenowskich energią milionów słońc, to w rzeczywistości gwiazdy neutronowe – wypalone jądra masywnych gwiazd pozostałe po ich eksplozji na koniec życia. Jak dotąd trzy takie ULX zidentyfikowano jako gwiazdy neutronowe.

Teraz, kierowany przez naukowców z Caltech zespół naukowców  potwierdził, że czwarty ULX to także gwiazda neutronowa, jednocześnie odkrywając nowe wskazówki  tłumaczące w jaki sposób obiekty te mogą tak jasno świecić.

[AdSense-A]

 

Gwiazdy neutronowe to wyjątkowo gęste obiekty – łyżeczka materii tworzącej gwiazdę neutronową ważyłaby około miliarda ton. Ich grawitacja przyciąga materię z gwiezdnego towarzysza ściągając ją na swoją powierzchnię. Owa materia ulega rozgrzaniu do wysokich temperatur i świeci w zakresie rentgenowskim. Jednak gdy gwiazdy neutronowe “karmią” się materią, przychodzi czas gdy powstałe w tym procesie promieniowanie rentgenowskie zaczyna odpychać podążającą w kierunku gwiazdy materię. Astronomowie nazywają ten punkt – gdy obiekty nie mogą już szybciej akumulować materii i emitować więcej promieniowania rentgenowskiego – limitem Eddingtona.

“Tak samo jak możemy jeść tylko ograniczoną ilość jedzenia na raz, tak samo istnieją ograniczenia co do tempa akrecji materii przez gwiazdę neutronową” mówi Murray Brightman, badacz z Caltech i główny autor nowego raportu opisującego wyniki, opublikowanego w periodyku Nature Astronomy. “Jednak ULX w jakiś sposób łamią to ograniczenie i emitują niewiarygodnie dużo promieniowania rentgenowskiego i nie wiemy dlaczego”.

W ramach najnowszych badań, badacze przyjrzeli się ULX w Galaktyce Wir (M51) oddalonej od nas o około 28 milionów lat świetlnych. Naukowcy przeanalizowali archiwalne dane rentgenowskie zebrane przez Chandrę i odkryli nietypowy spadek jasności w widmie promieniowania ULX. Po wyeliminowaniu wszystkich innych możliwości, badacze doszli do wniosku, że ów spadek jasności związany jest ze zjawiskiem rozpraszania rezonansu cyklotronowego, które zachodzi gdy naładowane cząstki – albo dodatnio naładowane protony albo ujemnie naładowane elektrony – krążą w polu magnetycznym. Czarne dziury nie mają pól magnetycznych, a gwiazdy neutronowe już tak, dzięki temu udało się odkryć, że ten konkretny ULX w M51 musi być gwiazdą neutronową.

Rozpraszanie rezonansu cyklotronowego powoduje powstawanie charakterystycznego kształtu widma promieniowania gwiazdy, a obecność tych linii zwanych cyklotronowymi, może dostarczyć informacji  sile pola magnetycznego gwiazdy – ale tylko jeżeli znamy powód powstania tych linii, niezależnie od tego czy to protony czy elektrony. Badacze nie posiadają jeszcze wystarczająco szczegółowego widma nowego ULX, aby stwierdzić to z całą pewnością.

“Jeżeli linie cyklotronowe pochodzą od protonów, to wtedy wiemy, że te pola magnetyczne wokół gwiazdy neutronowej są wyjątkowo silne i mogą rzeczywiście wspomagać łamanie limitu Eddingtona” mówi Brightman. Takie silne pola magnetyczne mogą redukować ciśnienie promieniowania rentgenowskiego emitowanego przez ULX – ciśnienia, które normalnie odpycha materię – przez co gwiazda neutronowa może pożerać więcej materii niż zwykle i wyjątkowo jasno świecić w zakresie rentgenowskim.

Jeżeli linie cyklotronowe pochodzą od elektronów, siła pola magnetycznego wokół gwiazdy neutronowej nie jest jakoś szczególnie duża, a zatem samo pole prawdopodobnie nie jest powodem, dla którego owe gwiazdy łamią limit Eddingtona.

“Odkrycie, że te bardzo jasne obiekty, które od dawna uważano za czarne dziury o masie do 1000 mas Słońca, zasilane są przez znacznie mniej masywne gwiazdy neutronowe, było ogromnym zaskoczeniem” mówi Fiona Harrison, prof. fizyki z Caltechu.

Źródło: Caltech

[AdSense-B]