XMM-Newton zmierzył pole magnetyczne umarłej gwiazdy

Dzięki wspaniałej czułości rentgenowskiego obserwatorium XMM-Newton, zespól europejskich astronomów dokonał bezpośrednich pomiarów pola magnetycznego gwiazdy neutronowej. Wyniki pozwalają na głęboki wgląd w fizykę gwiazd neutronowych i odsłaniają nowe zagadki o końcu żywota tych gwiazd.

Gwiazda neutronowa 1E1207.4-5209 widoczna jest jako jasny żółtawy obiekt w centrum obrazu, który został zrobiony przez kamerę EPIC (European Photon Imaging Camera) na pokładzie obserwatorium rentgenowskiego XMM-Newton należącego do Europejskiej Agencji Kosmicznej (ESA). Obraz jest rezultatem najdłuższych obserwacji wykonanych do tej pory jednego obiektu galaktycznego przez XMM-Newton. Źródło: ESA/CESR

Gwiazda neutronowa to bardzo gęste ciało niebieskie, którego masa rzędu naszego Słońca upakowana jest w kuli o rozmiarach 20-30 km. Jest ona produktem gwiazdowej eksplozji, zwanej supernową, w której większość materii gwiazdy jest wyrzucona w przestrzeń, ale jej zapadnięte grawitacyjnie "serce" pozostaje w formie supergęstej, gorącej kuli złożonej z neutronów i niezwykle szybko wirującej.

Gwiazdy neutronowe są niezwykle gorące kiedy się rodzą, ale bardzo szybko się ochładzają. Dlatego też, tylko niektóre z nich emitują energetyczne promieniowanie typu rentgenowskiego. Z tego też względu gwiazdy neutronowe są tradycyjnie badane na falach radiowych, mniej energetycznych od promieni X,  w których jawią się w postaci pulsów promieniowania. Niewiele gwiazd neutronowych może być zatem obserwowana na falach X za pomocą teleskopów rentgenowskich takich jak XMM-Newton, należący do Europejskiej Agencji Kosmicznej (ESA).

W naszej Galaktyce jest około 100 mln gwiazd neutronowych. Do dzisiaj tylko 1400 zostało odkrytych dzięki ich radiowemu promieniowaniu, spośród nich 50 jest znanych jako emitujących promieniowanie rentgenowskie.

Jedną z takich gwiazd jest 1E1207.4-5209. Prowadząc najdłuższe w historii XMM obserwacje (72 godziny) Profesor Giovanni Bignami (z Centre d'Etude Spatiale des Rayonnements - CESR) i jego zespół zmierzył natężenie pola magnetycznego tej gwiazdy. Jest to pierwszy bezpośredni pomiar pola magnetycznego gwiazdy neutronowej. Wszystkie poprzednie oszacowania były jedynie pośrednie. Bazowały np. na teoretycznych założeniach opisujących grawitacyjne zapadanie się gwiazdy, albo na badaniu spowalniania rotacji gwiazdy neutronowej w oparciu o dane radioastronomiczne.

XMM-Newton, najczulszy satelita rentgenowski. Źródło: ESA, Medialab

Promieniowanie X emitowane przez gwiazdę neutronową musi przejść przez jej pole magnetyczne zanim ucieknie w przestrzeń międzygwiazdową. Po drodze cząstki w polu magnetycznym mogą nieco ukraść umykającego promieniowania zaznaczając to jednocześnie charakterystycznym znakiem w widmie - linią absorpcyjną (tzw. cyklotronowa rezonansowa linia magnetyczna). To właśnie zaobserwowanie tego śladu w widmie umożliwiło Prof. Bignami zmierzenie natężenia pola magnetycznego gwiazdy neutronowej.

W przypadku 1E1207.4-5209 bezpośrednie pomiary przy użyciu XMM-Newton dały pola magnetyczne 30 razy słabsze niż przewidywania bazujące na metodach pośrednich. Jak to wytłumaczyć? Astronomowie mogą mierzyć tempo spowalniania obrotu gwiazdy neutronowej. Do tej pory zawsze zakładali, że przyczyną tego spowolnienia jest "tarcie" między polem magnetycznym gwiazdy a jej otoczeniem. W obecnej sytuacji można się spodziewać, że coś dodatkowo wywiera nacisk na gwiazdę, ale co? Spekuluje się, że może to być jakiś niewielki dysk utworzony wokół gwiazdy z pozostałości po wybuchu supernowej, powodujący dodatkowy czynnik spowalniający.

Pozostaje pytanie, czy 1E1207.4-5209 jest obiektem wyjątkowym? Astronomowie mają nadzieję przekonać się o tym prowadząc dalsze obserwacje gwiazd neutronowych za pomocą teleskopu XMM-Newton.

27 lipca 2003
Źródło | oprac. Krzysztof T. Chyży

Liczba odsłon: 1148