Tajemnicze wnętrza gwiazd neutronowych

Gigantyczna eksplozja gwiazdy neutronowej znajdującej się w połowie drogi do krańców Drogi Mlecznej, jest największą taką eksplozją odnotowaną we Wszechświecie. Powinna ona umożliwić astronomom podjęcie pierwszej próby zajrzenia do wnętrza tych zagadkowych, gwiezdnych obiektów.

Międzynarodowy zespół astrofizyków przeglądający dane z rentgenowskiego satelity NASA, Rossi X-Ray Timing Explorer, donosi na łamach pisma Astrophysical Journal Letters z 20 lipca, iż eksplozja spowodowała wibracje wewnątrz gwiazdy podobne do dźwięczenia dzwonu. Wywołały one gwałtowne fluktuacje promieniowania X emitowanego w przestrzeń. Te rentgenowskie pulsy wysyłane regularnie co 7 sekund, czyli raz w ciągu jednego obrotu szybko rotującej gwiazdy, zawierały częstotliwość wibracji potężnych trzęsień w gwieździe. Tak, jak geologom badającym wnętrze Ziemi przychodzą z pomocą fale sejsmiczne wytwarzane przez trzęsienia ziemi, czy astronomom badającym Słońce - fale uderzeniowe przychodzące od niego, fluktuacje promieni X odkryte w tej eksplozji powinny dostarczyć istotnych informacji o wewnętrznej strukturze gwiazd neutronowych.

"Eksplozja przypominała uderzenie gwiazdy neutronowej gigantycznym młotkiem powodujące, iż zaczęła ona dzwonić niczym dzwon" - powiedział Richard Rothschild, astrofizyk z Centrum Astrofizyki i Nauk Kosmicznych Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Diego (ang. University of California, San Diego, Center for Astrophysics and Space Sciences), jeden z autorów publikacji. "Teraz pozostaje pytanie, co częstotliwość oscylacji gwiazdy neutronowej - czyli dźwięk dzwonu - ma oznaczać? Czy to, że gwiazdy neutronowe są po prostu gęsto spakowanymi neutronami? A może gwiazdy te zawierają w swych wnętrzach również egzotyczne cząstki, takie jak kwarki, co podejrzewa wielu naukowców? No i wreszcie, jak skorupa gwiazdy neutronowej pływa po jej superpłynnym jądrze? Mamy tu do czynienia z rzadką dla astrofizyków okazją zbadania wnętrza gwiazdy neutronowej, ponieważ wreszcie dysponujemy danymi, które teoretycy mogą przetrawić. Miejmy nadzieję, że będą zdolni powiedzieć nam, co to wszystko znaczy."

Trzęsienia przedzierały się przez gwiazdę neutronową z niesamowitą prędkością, wstrząsając nią 94,5 razy na sekundę. "To jest prawie częstotliwość 22 - ego klawisza fortepianu - fis" - powiedział Tomaso Belloni, włoski członek zespołu, który badał sygnały. Międzynarodowy zespół - dowodzony przez GianLucę Israela, Lugiego Stellę oraz Belloniego z włoskiego, Narodowego Instytutu Astrofizycznego - wykrył oscylacje w danych uzyskanych dwa dni po świętach Bożego Narodzenia przez satelitę Rossi X-Ray Timing Explorer, zaprojektowanego do badania fluktuacji rentgenowskiej emisji od obiektów gwiazdowych. Osobliwe oscylacje wykryte przez naukowców rozpoczęły się 3 minuty po potężnej eksplozji na gwieździe neutronowej, która w ciągu zaledwie 1/10 sekundy uwolniła więcej energii, niż nasze Słońce emituje przez 150 tysięcy lat. Oscylacje następnie stopniowo zanikły po około 10 minutach.

Gwiazdy neutronowe są gęstymi, szybko rotującymi jądrami materii powstałej w wyniku gwałtownego zapadnięcia się gwiazdy, która wyczerpała całe swe nuklearne paliwo i eksplodowała w kataklizmicznym zjawisku znanym jako supernowa. Kolaps ten jest tak miażdżący, iż elektrony zostają wepchnięte do wewnątrz jąder atomowych, gdzie łączą się z protonami tworząc neutrony. Powstała w wyniku tego kula neutronów jest tak gęsta (tak upakowana masa Słońca mieści się w kuli o średnicy zaledwie 16 kilometrów), że łyżeczka takiej materii ważyłaby na Ziemi miliardy ton.

Większość z milionów gwiazd neutronowych w naszej Drodze Mlecznej wytwarza pola magnetyczne biliony razy silniejsze, niż te na Ziemi. Jednak astrofizycy odkryli niecały tuzin niezwykle magnetycznych gwiazd neutronowych, nazwanych "magnetarami", których pola są jeszcze tysiąc razy silniejsze - wystarczająco potężne, by zniszczyć informacje zawarte na karcie magnetycznej znajdującej się w połowie drogi na Księżyc. Tak intensywne pola magnetyczne są na tyle silne, że czasem odkształcają skorupę gwiazdy neutronowej powodując "trzęsienia gwiazdy", które uwalniają emisję promieni gamma. Cztery z tych magnetarów znamy właśnie z takiego zachowania; określane są one przez astrofizyków mianem "miękkich powtarzaczy gamma", lub w skrócie SGRS (ang. Soft Gamma RepeaterS), ponieważ rozjaśniają się przypadkowo, a energię uwalniają w postaci krótkich rozbłysków promieni gamma.

SGR 1806-20, jak oficjalnie oznaczona jest gwiazda neutronowa, która wybuchła i zalała galaktykę promieniowaniem rentgenowskim 27 grudnia 2004 roku - produkując tym samym błysk jaśniejszy niż cokolwiek wcześniej zaobserwowano poza Układem Słonecznym - jest jednym z takich obiektów. Rozbłysk był tak jasny, iż oślepił chwilowo wszystkie satelity rentgenowskie znajdujące się na orbicie oraz rozświetlił górne warstwy ziemskiej atmosfery.

Astrofizycy podejrzewają, iż błysk gamma oraz promieniowanie X pochodzące z tej niezwykle dużej eksplozji mogło powstać w wyniku nagłego przerwania się mocno skręconego pola magnetycznego, co spowodowało potężne trzęsienie na gwieździe neutronowej. "Scenariusz był analogiczny do pęknięcia gumowego pasa, który skręcony, po jakimś czasie się zrywa, uwalniając ogromne ilości energii" - powiedział Rothschild. "Po takiej emisji energii, pole magnetyczne otaczające magnetara było prawdopodobnie zdolne do osiągnięcia bardziej stabilnej konfiguracji."

Błysk z 27 grudnia został wykryty przez kilka innych satelitów europejskich oraz należących do NASA, a także zarejestrowany przez radioteleskopy na całym świecie. Jest już przedmiotem niezliczonych publikacji naukowych, które ukazały się w ciągu ostatnich miesięcy. "To nagłe i zaskakujące zdarzenie, które pomoże nam dowiedzieć się więcej o naturze magnetarów i wewnętrznym uporządkowaniu gwiazd neutronowych - powiedział Rothschild - podkreśla znaczenie posiadania satelitów oraz teleskopów mogących rejestrować niezwykłe i nieprzewidywalne zjawiska we Wszechświecie."

Innymi członkami międzynarodowego zespołu byli Pier Giorgio Casella, Simone Dall'Osso i Massimo Persic z włoskiego Narodowego Instytutu Astrofizyki; Yoel Rephaeli z UCSD oraz Uniwersytetu w Tel Awiwie; Duane Gruber, dawniej w UCSD, a obecnie w Naukowej Korporacji Eureka w Oakland w Kalifornii oraz Nanda Rea z Narodowego Instytutu Badań Kosmicznych w Holandii.

27 lipca 2005
Źródło: NASA | Marek Weżgowiec

Liczba odsłon: 1362