Pole grawitacyjne gwiazdy neutronowej badane dzięki jej własnemu promieniowaniu X

Przy użyciu satelity Chandra astronomowie wykryli właściwości, które moga być pierwszym bezpośrednim dowodem na efekt grawitacji w promieniowaniu z gwiazdy neutronowej. To odkrycie, jeśli zostanie potwierdzone, może pozwolić naukowcom zmierzyć pole grawitacyjne gwiazd neutronowych i ustalić czy gwiazdy te zawierają egzotyczną formę materii nie spotykaną na Ziemi.

 

Artystyczna wizja obiektu 1E 1207.4-5209 - gwiazda neutronowa z gorąca plamą polarną i silnym polem magnetycznym (fioletowe linie). Gwiazda neutronowa znajduje się w odległości około 7000 lat świetlnych od Ziemi. Załączony wykres pokazuje oczekiwane (niebieska przerywana linia) i obserwowane (ciągła zielona linia) widmo promieniowania X pochodzącego z gorącej plamy. Nachylenia w widmie obserwowanym wskazuje na absorpcje (pochłanianie) promieniowania przez gaz w atmosferze gwiazdy neutronowej. (Ilustracja: CXC/M.Weiss; Wykres: NASA/PSU/G.Pavlov i in. )

Zespół kierowany przez George'a Pavlov z Penn State University w University Park (USA) obserwował obiekt 1E 1207.4-5209 - tak nazwano gwiazdę neutronową znajdującą się w centrum pozostałości po supernowej około 7000 lat świetlnych od Ziemi. Rezultaty zaprezentowano 6 czerwca br. na posiedzeniu Amerykańskiego Towarzystwa Astronomicznego w Albuquerque w stanie Nowy Meksyk (USA).

Grupa Pavlov'a odkryła dwa spadki w widmie promieniowania X pochodzącego z gwiazdy, które mogą być oznaką absorpcji. Jeśli tak jest rzeczywiście - promienie X pochłaniane są przez jony helu blisko powierzchni gwiazdy w silnym polu magnetycznym - to obserwowane spadki wskazują na to, że pole grawitacyjne zmniejsza energie promieni Roentgena uciekających z gwiazdy neutronowej.

"Taka interpretacja jest zgodna z naszymi danymi," powiedział Pavlov, "ale takie cechy mogą być mieszanką wielu innych własności. Potrzebujemy dokładniejszych pomiarów najlepiej ze spektrometru siatkowego satelity Chandra."

"Cechy wskazujące na absorpcję mogą być pierwszym dowodem efektu grawitacji w promieniowaniu blisko powierzchni samotnej gwiazdy neutronowej," powiedział Pavlov. "Jest to szczególnie ważne, bo pozwoliło by nam ograniczyć jakie typy materii mogą wchodzić w skład tej gwiazdy."

Gwiazdy neutronowe formowane są w momencie, gdy masywna gwiazda wypala swoje paliwo a jądro zaczyna zapadać się (kolapsować). Następuje eksplozja supernowej, a skolapsowane jądro jest kompresowane to gorącego obiektu o średnicy około 20 km z cienką atmosferą, w skład której wchodzi wodór i być może cięższe jony - taka atmosfera znajduje się w polu grawitacyjnym 100 miliardów razy silniejszym niż ziemskie.

Obiekty takie o gęstości większej niż miliard ton na objętość łyżeczki do herbaty nazywane są gwiazdami neutronowymi, ponieważ wydaje się, że złożone są głównie z neutronów. Choć obiekty te badane są od ponad 30 lat ich natura jest wciąż nieznana.

"Nie jesteśmy nawet pewni, czy gwiazdy neutronowe złożone są z neutronów," powiedział Divas Sanwal z Penn State. "Równie dobrze mogą być one zbudowane z pionów, kaonów czy nawet ze swobodnych kwarków."

Jednym ze sposobów ograniczania możliwych rodzajów materii jest pomiar siły grawitacji na powierzchni gwiazdy neutronowej poprzez obserwowanie skutków działania grawitacji na promieniowanie X bardzo blisko powierzchni gwiazdy. Według teorii grawitacji Einsteina, przyciąganie fotonów przez pole grawitacyjne prowadzi do zmniejszenia energii fotonów (wzrasta długość fali promieniowania). Pomiar tego grawitacyjnego redshiftu (przesunięcia ku czerwieni, ku dłuższym falom) wiąże masę gwiazdy z jej promieniem i pozwala na sprawdzenie teorii z różnymi możliwymi wartościami gęstości materii.

Zespół naukowców rozważał kilkanaście możliwych wyjaśnień cech absorpcji obserwowanych w 1E 1207. Moc i energia obserwowanego promieniowania X czyniła je jednak nieprawdopodobnymi a to z powodu przeszkadzającej materii międzygwiazdowej lub absorpcji wywołanej elektronami lub jonami krążącymi w silnym polu magnetycznym. Najbardziej prawdopodobna hipoteza mówi, że obserwowane własności spowodowane są absorbowaniem promieniowania X przez jony helu w polu magnetycznym silniejszym od ziemskiego pola magnetycznego o około 100 bilionów (1014) razy. W takim przypadku grawitacyjny redshift redukuje energie promieniowania Roentgena o 17%.

Grupa Pavlov'a obserwowała 1E 1027 przy pomocy spektrometru umieszczonego na satelicie Chandra - Advanced CCD Imaging Spectrometer - 6 stycznia 2000 i 5 stycznia 2002, za każdym razy przez około 30 000 sekund (8.3 godz.).

19 czerwca 2002
Źródło | oprac. K.Zawada

Liczba odsłon: 1412