Pulsar RX J0720.4-3125 zrobiony przez XMM-Newton. Kliknij, aby powiększyć
Orbitujący teleskop rentgenowski ESA, obserwatorium kosmiczne XMM-Newton, zlokalizował gwiazdę neutronową, która jest poza kontrolą. Ogólna temperatura obiektu nie zmienia się, po prostu przewraca się i powoli wyświetla różne obszary obserwatorom tutaj na Ziemi - jak chwiejny szczyt. Te obserwacje pomogą astronomom zrozumieć niektóre wewnętrzne procesy rządzące tego rodzaju obiektami.
Korzystając z danych z obserwatorium rentgenowskiego ESM XMM-Newton, międzynarodowa grupa astrofizyków odkryła, że jedna obracająca się gwiazda neutronowa nie wydaje się być stabilnym rotatorem, którego naukowcy mogliby oczekiwać. Te obserwacje rentgenowskie mogą dać nowy wgląd w ewolucję termiczną i wreszcie wewnętrzną strukturę gwiazd neutronowych.
Wirujące gwiazdy neutronowe, znane również jako pulsary, są ogólnie znane jako bardzo stabilne rotatory. Dzięki okresowym sygnałom emitowanym przez radio lub na długości fali promieniowania rentgenowskiego mogą służyć jako bardzo dokładne astronomiczne „zegary”.
Naukowcy odkryli, że w ciągu ostatnich czterech i pół roku temperatura jednego zagadkowego obiektu o nazwie RX J0720.4-3125 stale rosła. Jednak ostatnie obserwacje wykazały, że tendencja ta uległa odwróceniu, a temperatura spada.
Zdaniem naukowców efekt ten nie wynika z rzeczywistej zmiany temperatury, ale z powodu zmieniającej się geometrii widzenia. RX J0720.4-3125 najprawdopodobniej „wyprzedza”, to znaczy powoli się przewraca i dlatego z czasem odsłania obserwatorom różne obszary powierzchni.
Gwiazdy neutronowe są jednym z punktów końcowych ewolucji gwiazd. Przy masie porównywalnej do naszego Słońca zamkniętej w kuli o średnicy 20-40 km ich gęstość jest nawet nieco wyższa niż w jądrze atomowym - miliard ton na centymetr sześcienny. Wkrótce po ich narodzinach w wybuchu supernowej ich temperatura jest rzędu 1 000 000 stopni Celsjusza, a większość ich emisji termicznej spada w paśmie rentgenowskim widma elektromagnetycznego. Młode izolowane gwiazdy neutronowe powoli stygną i minie milion lat, zanim zrobią się zbyt zimne, aby można je było zaobserwować w promieniach rentgenowskich.
Wiadomo, że gwiazdy neutronowe posiadają bardzo silne pola magnetyczne, zwykle kilka bilionów razy silniejsze niż na Ziemi. Pole magnetyczne może być tak silne, że wpływa na transport ciepła z wnętrza gwiazdy przez skorupę, prowadząc do gorących punktów wokół biegunów magnetycznych na powierzchni gwiazdy.
To emisja z tych cieplejszych czap polarnych dominuje w widmie rentgenowskim. Znanych jest tylko kilka izolowanych gwiazd neutronowych, z których możemy bezpośrednio obserwować emisję cieplną z powierzchni gwiazdy. Jednym z nich jest RX J0720.4-3125, obracający się z okresem około ośmiu i pół sekundy. „Biorąc pod uwagę długą skalę czasu chłodzenia, było bardzo nieoczekiwane, że jego widmo rentgenowskie zmienia się przez kilka lat”, powiedział Frank Haberl z Instytutu Fizyki Pozaziemskiej w Garching (Niemcy), który kierował badaniami Grupa.
„Jest bardzo mało prawdopodobne, aby globalna temperatura gwiazdy neutronowej zmieniała się tak szybko. Widzimy raczej różne obszary powierzchni gwiazdy w różnych momentach. Obserwuje się to również w okresie rotacji gwiazdy neutronowej, gdy gorące punkty poruszają się i znikają z naszej linii wzroku, a zatem ich udział w całkowitych zmianach emisji - kontynuował Haberl.
Podobny efekt w znacznie dłuższej skali czasowej można zaobserwować, gdy gwiazda neutronowa precesuje (podobnie jak wirujący szczyt). W takim przypadku sama oś obrotu porusza się wokół stożka, co prowadzi do powolnej zmiany geometrii widzenia na przestrzeni lat. Swobodna precesja może być spowodowana niewielkim odkształceniem gwiazdy od idealnej kuli, która może mieć swoje źródło w bardzo silnym polu magnetycznym.
Podczas pierwszej obserwacji RX J0720.4-3125 w XMM-Newton w maju 2000 r. Zaobserwowana temperatura była minimalna, a chłodniejsze, większe plamki były głównie widoczne. Z drugiej strony, cztery lata później (maj 2004) precesja ujawniła przede wszystkim drugie, cieplejsze i mniejsze miejsce, które spowodowało wzrost temperatury. To prawdopodobnie tłumaczy obserwowane różnice temperatur i obszarów emisji oraz ich anty-korelację.
W swojej pracy Haberl i współpracownicy opracowali model dla RX J0720.4-3125, który może wyjaśnić wiele szczególnych cech, które do tej pory były trudne do wyjaśnienia. W tym modelu długookresowa zmiana temperatury jest wytwarzana przez różne frakcje dwóch gorących czap polarnych, które pojawiają się, gdy gwiazda zapada w okresie około siedmiu do ośmiu lat.
Aby taki model działał, dwa emitujące regiony polarne muszą mieć różne temperatury i rozmiary, jak niedawno zaproponowano w przypadku innego członka tej samej klasy izolowanych gwiazd neutronowych.
Według zespołu RX J0720.4-3125 jest prawdopodobnie najlepszym przypadkiem do badania precesji gwiazdy neutronowej poprzez emisję promieniowania rentgenowskiego bezpośrednio widocznego z powierzchni gwiazdy. Precesja może być potężnym narzędziem do badania wnętrza gwiazdy neutronowej i poznawania stanu materii w warunkach, których nie możemy wytworzyć w laboratorium.
Dodatkowe obserwacje XMM-Newton są planowane w celu dalszego monitorowania tego intrygującego obiektu. „Kontynuujemy modelowanie teoretyczne, na podstawie którego mamy nadzieję dowiedzieć się więcej na temat ewolucji termicznej, geometrii pola magnetycznego tej konkretnej gwiazdy i ogólnie struktury wewnętrznej gwiazd neutronowych” - podsumował Haberl.
Oryginalne źródło: Portal ESA
