Zaskakujące otoczenie enigmatycznej gwiazdy neutronowej

Zdjęcie gwiazdy neutronowej w zakresie podczerwonym wykonane w ramach obserwacji za pomocą Kosmicznego Teleskopu Hubble’a. Niebieskim okręgiem zaznaczono położenie promieniowania rentgenowskiego pulsara (Obserwatorium Chandra), krzyżykiem – położenie pulsara w zakresie ultrafioletowym i optycznym (HST). Credit: Bettina Posselt, Penn State

Nietypowe promieniowanie podczerwone wykryte za pomocą Kosmicznego Teleskopu Hubble’a (HST) z okolic stosunkowo bliskiej gwiazdy neutronowej może wskazywać, że pulsar ten posiada cechy wcześniej nieobserwowane w tego typu obiektach. Obserwacje przeprowadzone przez zespół naukowców z Penn State, Uniwersytetu Sabanci w Turcji oraz Uniwersytetu Arizony, mogą pomóc astronomom lepiej zrozumieć ewolucję gwiazd neutronowych – niewiarygodnie gęstych pozostałości powstałych w eksplozjach supernowych. Artykuł opisujący badania i dwa możliwe wyjaśnienia nietypowych wyników obserwacji opublikowano wczoraj w periodyku Astrophysical Journal.

“Ta konkretna gwiazda neutronowa należy do grupy siedmiu pobliskich pulsarów rentgenowskich zwanych “Siedmiu wspaniałych – które są gorętsze niż powinny być biorąc pod uwagę ich wiek i dostępne, po uwzględnieniu utraty energii rotacyjnej, zapasy energii” mówi Bettina Posselt, adiunkt astronomii i astrofizyki na Penn State i główna autorka artykułu. “Zaobserwowaliśmy rozmyty obszar emisji rentgenowskiej wokół gwiazdy neutronowej RX J0806.4-4123, którego rozmiary przekładają się na około 200 jednostek astronomicznych”.

To pierwszy przypadek gwiazdy neutronowej, w którym rozmytą emisję zaobserwowano jedynie w podczerwieni. Badacze opracowali dwie teorie, które mogą tłumaczyć wyniki obserwacji prowadzonych za pomocą HST. Pierwsza mówi o dysku materii – prawdopodobnie głównie pyłu – otaczającym pulsar.

“Jedna teoria mówi, że wokół pulsara może istnieć dysk materii, który utworzył się wokół niego już po eksplozji supernowej” mówi Posselt. “Taki dysk może składać się z materii wcześniej tworzącej masywną gwiazdę. Jej późniejsze oddziaływanie z gwiazdą neutronową mogło podnieść temperaturę pulsara i spowolnić tempo jego rotacji. Jeżeli się okaże, że to faktycznie jest taki “opadowy dysk”, uzyskane przez nas wyniki mogą całkowicie zmienić naszą ogólną wiedzę o ewolucji gwiazd neutronowych”.

Drugim możliwym wyjaśnieniem rozmytej emisji w podczerwieni z tej gwiazdy neutronowej może być mgławica wiatru pulsarowego.

“Mgławica wiatru pulsarowego wymaga, aby gwiazda neutronowa emitowała wiatr pulsarowy” wyjaśnia Posselt. “Wiatr pulsarowy może być emitowany, gdy cząstki przyspieszane są w polu elektrycznym wytworzonym przez szybką rotację gwiazdy neutronowej o silnym polu magnetycznym. Gdy gwiazda neutronowa przemieszcza się przez ośrodek międzygwiezdny z prędkością większą od prędkości dźwięku, w miejscu styku ośrodka międzygwiezdnego i wiatru pulsarowego powstaje fala uderzeniowa. Wzbudzone cząstki emitują wtedy promieniowanie synchrotronowe, które odpowiada za obserwowaną przez nas emisję w podczerwieni. Zazwyczaj mgławice wiatru pulsarowego obserwowane są w w zakresie rentgenowskim, a mgławica wiatru pulsarowego widoczna tylko w podczerwieni byłaby czymś niespotykanym i niezwykle interesującym”.

Choć gwiazdy neutronowe zazwyczaj badane są w zakresach radiowych i wysokoenergetycznych, takich jak promieniowanie rentgenowskie, badania wskazują, że nowe i interesujące informacje o gwiazdach neutronowych można pozyskać badając je także w podczerwieni. Korzystając z Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba, którego start po wielu opóźnieniach planowany jest na rok 2021, astronomowie będą w stanie dokładniej badać gwiazdy neutronowe właśnie w zakresie promieniowania podczerwonego.

Źródło: Penn State