Zdjęcie rentgenowskie Chandra Obserwatorium pozostałości supernowej Cassiopeia A. Źródło: NASA / CXC
Cassiopeia A (Cas A), pozostałość po supernowej, zawsze była zagadką. Podczas gdy eksplozja, która stworzyła tę supernową, była oczywiście potężnym wydarzeniem, jasność wizualna wybuchu, który miał miejsce ponad 300 lat temu, była znacznie mniejsza niż normalna supernowa - i faktycznie została przeoczona w 1600 roku - i astronomowie nie wiedzą dlaczego. Kolejną zagadką jest to, czy eksplozja, która spowodowała Cas A, pozostawiła po sobie gwiazdę neutronową, czarną dziurę lub wcale. Ale w 1999 roku astronomowie odkryli nieznany jasny obiekt w rdzeniu Cas A. Teraz, nowe obserwacje z Obserwatorium Rentgenowskiego Chandra pokazują, że obiekt ten jest gwiazdą neutronową. Ale zagadki na tym się nie kończą: ta gwiazda neutronowa ma atmosferę węgla. Po raz pierwszy wykryto tego rodzaju atmosferę wokół tak małego, gęstego obiektu.
Obiekt w jądrze jest bardzo mały - ma około 20 km szerokości, co było kluczem do zidentyfikowania go jako gwiazdy neutronowej - powiedział Craig Heinke z University of Alberta. Heinke jest współautorem Wynn Ho z University of Southampton w Wielkiej Brytanii na papierze, który pojawia się w wydaniu Nature z 5 listopada.
„Jedyne dwa rodzaje gwiazd, o których wiemy, że są tak małe, to gwiazdy neutronowe i czarne dziury”, powiedział Heinke dla magazynu Space. „Możemy wykluczyć, że jest to czarna dziura, ponieważ żadne światło nie może uciec z czarnych dziur, więc wszelkie promieniowanie rentgenowskie, które widzimy z czarnych dziur, faktycznie pochodzi z materiału spadającego do czarnej dziury. Takie promieniowanie rentgenowskie byłoby bardzo zmienne, ponieważ nigdy nie widzisz dwukrotnie tego samego materiału, ale nie widzimy żadnych wahań jasności tego obiektu ”.
Heinke powiedział, że Obserwatorium Rentgenowskie Chandra jest jedynym teleskopem, który ma wystarczająco ostre pole widzenia, aby obserwować ten obiekt wewnątrz tak jasnej pozostałości supernowej.
Ale najbardziej niezwykłym aspektem tej gwiazdy neutronowej jest jej atmosfera węglowa. Gwiazdy neutronowe są w większości zbudowane z neutronów, ale mają cienką warstwę normalnej materii na powierzchni, w tym cienką - 10 cm - bardzo gorącą atmosferę. Wcześniej badane gwiazdy neutronowe miały atmosferę wodoru, co jest oczekiwane, ponieważ intensywna grawitacja gwiazdy neutronowej uwarstwia atmosferę, stawiając na niej najlżejszy pierwiastek, wodór.
Ale nie w przypadku tego obiektu w Cas A.
„Byliśmy w stanie wyprodukować modele dla promieniowania rentgenowskiego gwiazdy neutronowej w kilku różnych możliwych atmosferach”, powiedział Heinke w wywiadzie elektronicznym. „Tylko atmosfera węglowa może wyjaśnić wszystkie dane, które widzimy, więc jesteśmy prawie pewni, że ta gwiazda neutronowa ma atmosferę węglową, kiedy po raz pierwszy zobaczyliśmy inną atmosferę na gwieździe neutronowej”.
Wrażenie artysty na temat gwiazdy neutronowej w Cas A pokazujące niewielki zasięg atmosfery węglowej. Atmosfera Ziemi jest pokazana w tej samej skali co gwiazda neutronowa. Źródło: NASA / CXC / M.Weiss
Jak więc Heinke i jego zespół tłumaczą brak wodoru i helu na tej gwiazdy neutronowej? Pomyśl o Cas A jako o dziecku.
„Uważamy, że rozumiemy, że ze względu na naprawdę młody wiek tego obiektu - widzimy go w wieku zaledwie 330 lat, w porównaniu z innymi gwiazdami neutronowymi, które mają tysiące lat” - powiedział. „Podczas eksplozji supernowej, która stworzyła tę gwiazdę neutronową (gdy rdzeń gwiazdy zapada się do obiektu wielkości miasta o niewiarygodnie wysokiej gęstości wyższej niż jądra atomowe), gwiazda neutronowa została podgrzana do wysokich temperatur, nawet do miliarda stopni. Jest teraz schłodzony do kilku milionów stopni, ale uważamy, że jego wysokie temperatury były wystarczające do wytworzenia fuzji jądrowej na powierzchni gwiazdy neutronowej, łącząc wodór i hel z węglem ”.
Dzięki temu odkryciu naukowcy mają teraz dostęp do pełnego cyklu życia supernowej i dowiedzą się więcej o roli, jaką wybuchają gwiazdy w składzie wszechświata. Na przykład większość minerałów znalezionych na Ziemi to produkty supernowych.
„To odkrycie pomaga nam zrozumieć, w jaki sposób gwiazdy neutronowe rodzą się podczas gwałtownych wybuchów supernowych” - powiedział Heinke.
Źródło: Wywiad z Craigiem Heinke
