Teleskop NICER (Neutron star Interior Composition Explorer) zainstalowany na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej zarejestrował gwałtowny wzrost promieniowania rentgenowskiego o godzinie 10:04 pm EDT w dniu 20 sierpnia. Źródłem promieni X był masywny rozbłysk termonuklearny na powierzchni pulsara, pozostałości gwieździe, która dawno temu eksplodowała jako supernowa.
Rozbłysk rentgenowski, najjaśniejszy dotąd zaobserwowany przez NICER pochodził z obiektu SAX J1808.4-3658, w skrócie J1808. Jego obserwacje ukazały nam wiele zjawisk nigdy wcześniej nieobserwowanych razem w jednym rozbłysku. Dodatkowo, gasnąca po rozbłysku kula ognia na krótko jeszcze raz pojaśniała. Dlaczego? Na razie nie wiadomo.
„Ten rozbłysk był wyjątkowy” mówi główny badacz Peter Bult, astrofizyk w NASA Goddard Space Flight Center w Greenbelt. „Widzimy tu dwuetapową zmianę jasności, za którą odpowiada odrzucenie osobnych warstw z powierzchni pulsara oraz inne cechy, które pozwolą nam odtworzyć fizykę tych niesamowitych procesów”.
Eksplozja, którą astronomowie zaklasyfikowali jako rozbłysk rentgenowski typu I, uwolniła tyle samo energii w 20 sekund co Słońce uwalnia w niemal 10 dni. Szczegóły uchwycone przez NICER podczas tej rekordowej erupcji pozwolą astronomom uszczegółowić wiedzę o procesach fizycznych napędzających rozbłyski termojądrowe na pulsarach.
Pulsar to typ gwiazdy neutronowej, kompaktowego jądra pozostałego po tym jak masywna gwiazda wyczerpała swoje paliwo, zapadła się pod wpływem własnej masy i eksplodowała. Pulsary mogą bardzo szybko rotować i posiadać gorące plamy emitujące promienie rentgenowskie na swoich biegunach magnetycznych.
J1808 znajduje się około 11000 lat świetlnych od Ziemi w kierunku gwiazdozbioru Strzelca. Rotuje w zawrotnym tępi 401 razy na sekundę i jest elementem układu podwójnego. Jego towarzyszem jest brązowy karzeł, obiekt większy od gazowych olbrzymów, ale za mały aby stać się gwiazdą. Stały strumień wodoru przepływa z niego na gwiazdę neutronową, tworząc wokół niej rozległy dysk akrecyjny.
Gaz w dysku akrecyjnym nie porusza się tak łatwo w kierunku do środka. Ale co kilka lat, dyski wokół pulsarów takich jak J1808 stają się tak gęste, że duże ilości gazu ulegają jonizacji. To sprawia, że światło ma trudności, aby przedostać się przez dysk. Uwięziona energia uruchamia proces rozgrzewania i jonizacji, które z kolei więżą jeszcze więcej energii. Gaz stawia coraz większy opór i po spirali opada do wewnątrz i na powierzchnię pulsara.
Wodór opadający na powierzchnię formuje gorące, coraz głębsze globalne „morze”. U podstawy tej warstwy, temperatury i ciśnienie rosną, aż dochodzi do fuzji jąder wodoru w jądra helu, procesu uwalniającego energię, takiego samego jak zachodzi w jądrze Słońca.
„Hel zaczyna się zbierać i zaczyna tworzyć własną warstwę” mówi Zaven Arzoumanian z Godard, zastępca głównego naukowca NICER i współautor opracowania. „Gdy warstwa helu ma kilka metrów grubości, warunki pozwalają na fuzję jąder helu w węgiel. Dochodzi do wybuchowej erupcji helu i na całej powierzchni pulsara dochodzi do eksplozji termonuklearnej”.
Gdy rozpoczął się wybuch, dane z NICER wskazują, że poziom jego jasności w zakresie X ustabilizował się na niemal sekundę, zanim ponownie nie wzrósł w wolniejszym tempie. Badacze interpretują to spowolnienie jako moment, w którym energia wybuchu zgromadziła się na tyle, aby doprowadzić do eksplozji warstwy wodorowej.
Kula ognia rosła przez kolejne dwie sekundy, a następnie osiągnęła wartość szczytową, wywiewając masywniejszą warstwę helową. Hel oddalał się szybciej, wyprzedził wodór zanim ten zdążył się rozrzedzić, a następnie zwolnił i osiadł na powierzchni pulsara. Po tej fazie, pulsar na krótko pojaśniał o około 20 procent, jak na razie nie wiadomo dlaczego.
Oprócz wykrycia ekspansji różnych warstw materii, obserwacje rozbłysku za pomocą NICER ukazały jak promienie rentgenowskie odbijają się od dysku akrecyjnego.
Artykuł opisujący odkrycie został opublikowany w periodyku The Astrophysical Journal Letters.
Źródło: NASA Goddard Space Flight Center