Rekord prędkości na gwieździe neutronowej

Artystyczna wizja błysku rentgenowskiego.
Źródło: David A. Hardy
Najnowsze badania dotyczące rozbłysków rentgenowskich zachodzących na powierzchni gwiazdy neutronowej pokazały, że w ich trakcie powłoka gazu otaczająca gwiazdę może zostać wyrzucona z prędkością prawie 30% prędkości światła. To swoisty rekord prędkości jeżeli chodzi o zjawiska termojądrowe, nawet te, które zachodzą w nowych i supernowych. Zjawisko unoszenia powłoki zaobserwowano w czasie zaledwie 0,1 sekundy, ale dostarczyło nam wielu informacji na temat propagacji termojądrowego płomienia po powierzchni gwiazdy neutronowej.


W Drodze Mlecznej znajduje się około setki gwiazd neutronowych, które regularnie doświadczają tzw. rozbłysku rentgenowskiego. Jeżeli gwieździe neutronowej towarzyszy inna gwiazda podobna do Słońca, to część jej wodoru i helu może spaść na powierzchnię gwiazdy neutronowej tworząc atmosferę. Czasem dochodzi do zapalenia się tej atmosfery w wyniku reakcji termojądrowych i wówczas pojawia się, trwający około jednej minuty, rozbłysk rentgenowski. Rozbłysk jest bardzo jasny i widoczny praktycznie w całej Galaktyce. Ziemska atmosfera jednak pochłania promieniowanie rentgenowskie dlatego też, aby móc zarejestrować taki rozbłysk, detektory wynoszone są na orbitę.

Rozbłyski rentgenowskie zwykle nie powodują eksplozji, w trakcie której materia jest wyrzucana z dużymi prędkościami. Powodem jest silne przyciąganie grawitacyjne, które całą atmosferę trzyma tuż przy powierzchni gwiazdy. Zaledwie 20% rozbłysków jest na tyle silnych, że ciśnienie promieniowania może zrównoważyć przyciąganie grawitacyjne. Wówczas atmosfera unosi się, by jednak po chwili powrócić na swoje pierwotne miejsce. Najnowsze wyniki donoszą o dwóch tego typu zjawiskach, w gwiazdach neutronowych oznaczonych jako 4U 0614+09 and 2S 0918-549, spośród zidentyfikowanych ponad 10 tys.  W tych dwu przypadkach rozbłysk był tak silny, że atmosfera, widoczna zaledwie przez ułamek sekundy, swobodnie odleciała od gwiazdy osiągając przy tym prędkość od 10% do 30% prędkości światła.

Naukowcy dopatrują się w tym odkryciu szansy na zdobycie informacji na temat  termojądrowych reakcji łańcuchowych zachodzących w nowych i supernowych. Niestety, mamy małe szanse, aby zbadać to zjawisko bezpośrednio w przypadku tych obiektów, ponieważ odkrywamy je dopiero po tym, jak ta faza eksplozji się zakończy.

Dodatkowym aspektem, który naukowcy maja szansę zbadać przy okazji tych dwóch wyjątkowych rozbłysków jest czas w jakim zapaliła się cała powierzchnia gwiazdy neutronowej. W obu opisywanych przypadkach wyniósł on mniej niż 1 milisekunda, co oznacza, że płomień rozprzestrzeniał się po powierzchni gwiazdy z prędkością bliską 0,1 prędkości światła. To nakłada pewne ograniczenia na teorię zapłonu oraz całej jądrowej reakcji łańcuchowej. Wydaje się, że w tym przypadku teoria rozprzestrzeniania się zwykłego płomienia się załamuje. Wyniki te dostarczają zatem materiału do prac nad nową teorią.

Gwiazdy neutronowe można uważać trochę za nieudaną czarną dziurę. Oba te obiekty powstają podczas wybuchu supernowej o masie około kilku mas Słońca. Gwiazdy neutronowe są lżejsze od czarnych dziur, co pozwala im zatrzymać się przed całkowitym kolapsem. Ich średnica wynosi zaledwie dziesiątki kilometrów, co powoduje, że na powierzchni przyciąganie grawitacyjne jest 10 bilionów razy silniejsze niż na Ziemi. Gaz spadający na gwiazdę neutronową tworzy warstwę o grubości zaledwie 1 m, w której panuje ogromne ciśnienie. W efekcie dochodzi to fuzji termojądrowej, która ogrzewa atmosferę do temperatury dziesiątków milionów stopni. Podczas ochładzania się atmosfery pojawia się, trwający zaledwie 1 minutę, błysk rentgenowski.

Odkrycia dokonano przy pomocy satelity Rossi X-ray Timing Explorer i opisano na łamach czasopisma Astronomy & Astrophysics.


Artykuł: Relativistic outflow from two thermonuclear shell flashes on neutron stars,  J. J. M. in ’t Zand, L. Keek i Y. Cavecchi, A&A Volume 568, August 2014


Hubert Siejkowski | Źródło: phys.org

Liczba odsłon: 2359