Źródło zdjęcia: NASA
Naukowcy z Canadian Institute for Theoretical Astrophysics (CITA) i NASA uchwycili niespotykane szczegóły wirującego przepływu gazu unoszącego się zaledwie kilka kilometrów od powierzchni gwiazdy neutronowej, która jest kulą o średnicy około dziesięciu mil.
Masywna i rzadka eksplozja na powierzchni tej gwiazdy neutronowej - wylewająca więcej energii w ciągu trzech godzin niż Słońce w ciągu 100 lat - oświetliła ten obszar i pozwoliła naukowcom szpiegować szczegóły regionu nigdy wcześniej nie ujawnione. Widzieli szczegóły tak drobne jak pierścień gazu wirującego i spływającego na gwiazdę neutronową, gdy ten wybrzuszał się po wybuchu, a następnie powoli odzyskiwał swoją pierwotną formę po około 1000 sekund.
Wszystko to wydarzyło się 25 000 lat świetlnych od Ziemi, uchwyconych sekund po sekundzie w sposób filmowy dzięki procesowi zwanemu spektroskopią za pomocą Rossi X-ray Timing Explorer NASA.
Dr David Ballantyne z CITA na University of Toronto i dr Tod Strohmayer z NASA Goddard Space Flight Center w Greenbelt, MD, przedstawiają ten wynik w nadchodzącym numerze Astrophysical Journal Letters. Obserwacja zapewnia nowy wgląd w przepływ „dysku akrecyjnego” gwiazdy neutronowej (i być może czarnej dziury), zwykle zbyt długo, aby można go było rozwiązać nawet przy pomocy najmocniejszych teleskopów.
„Po raz pierwszy byliśmy w stanie obserwować wewnętrzne obszary dysku akrecyjnego, w tym przypadku dosłownie kilka kilometrów od powierzchni gwiazdy neutronowej, zmieniać jej strukturę w czasie rzeczywistym”, powiedział Ballantyne. „Dyski akrecyjne są znane z tego, że krążą wokół wielu obiektów we Wszechświecie, od nowo tworzących się gwiazd po gigantyczne czarne dziury w odległych kwazarach. Szczegółowe informacje na temat tego, jak przepływa taki dysk, można wywnioskować tylko do tej pory. ”
Gwiazda neutronowa to gęsta, jądrowa pozostałość gwiazdy eksplodującej co najmniej osiem razy masywniejszej niż Słońce. Gwiazda neutronowa zawiera masę Słońca o wartości upakowanej w kuli nie większej niż Toronto. Dysk akrecyjny odnosi się do przepływu gorącego gazu (plazmy) wirującego wokół gwiazd neutronowych i czarnych dziur, przyciąganego przez silną grawitację regionu. Ten gaz jest często dostarczany przez sąsiednią gwiazdę.
Gdy materia zderza się z gwiazdą neutronową, tworzy od 10 do 100 metrów warstwę materiału złożoną głównie z helu. Fuzja helu z węglem i innymi cięższymi pierwiastkami uwalnia ogromną energię i napędza silny rozbłysk światła rentgenowskiego, o wiele bardziej energetycznego niż światło widzialne. (Fuzja jądrowa jest tym samym procesem, który zasila Słońce.) Takie wybuchy mogą występować kilka razy dziennie na gwiazdy neutronowej i trwać około 10 sekund.
To, co Ballantyne i Strohmayer zaobserwowali na tej gwiazdy neutronowej o nazwie 4U 1820-30, było „superburstem”. Są to znacznie rzadsze niż zwykłe wybuchy zasilane helem i uwalniają tysiąc razy więcej energii. Naukowcy twierdzą, że te superszybkie wybuchy są powodowane przez nagromadzenie popiołu jądrowego w postaci węgla z fuzji helu. Obecne myślenie sugeruje, że gromadzenie się popiołu węglowego zajmuje tyle lat, że zaczyna się topić.
Superburst był tak jasny i długi, że działał jak światło punktowe wysyłane z powierzchni gwiazdy neutronowej na najbardziej wewnętrzny obszar dysku akrecyjnego. Promieniowanie rentgenowskie z rozbłysku oświetlało atomy żelaza w dysku akrecyjnym, proces nazywany fluorescencją. Rossi Explorer uchwycił charakterystyczną sygnaturę fluorescencji żelaza - to znaczy jego spektrum. To z kolei dostarczyło informacji o temperaturze, prędkości i położeniu żelaza wokół gwiazdy neutronowej.
„Eksplorator Rossi może uzyskać dobry pomiar widma fluorescencji atomów żelaza co kilka sekund”, powiedział Strohmayer. „Po dodaniu wszystkich tych informacji otrzymujemy obraz deformacji dysku akrecyjnego przez podmuch termojądrowy. Jest to najlepszy wygląd, jaki możemy mieć nadzieję, ponieważ rozdzielczość potrzebna do tego, aby zobaczyć tę akcję jako obraz, zamiast widm, byłaby miliard razy większa niż to, co oferuje Kosmiczny Teleskop Hubble'a. ”
Naukowcy powiedzieli, że pękające gwiazdy neutronowe służą jako laboratorium do badania dysków akrecyjnych, które są widziane (ale mniej szczegółowo) przez Wszechświat wokół pobliskich gwiezdnych czarnych dziur i niezwykle odległych galaktyk kwazarowych. Gwiezdne czarne dziury z dyskami akrecyjnymi nie wytwarzają impulsów rentgenowskich.
Rossi Explorer został wystrzelony w grudniu 1995 roku, aby obserwować szybko zmieniające się, energiczne i szybko wirujące obiekty, takie jak supermasywne czarne dziury, aktywne jądra galaktyczne, gwiazdy neutronowe i pulsary milisekundowe.
Oryginalne źródło: NASA News Release
