Pęknięcie podobne do wulkanu mogło spowodować spowolnienie magnetarów
5 października 2020 roku szybko rotujące pozostałości dawno zmarłej gwiazdy znajdującej się około 30 000 lat świetlnych od Ziemi zmieniły prędkość. W jednej kosmicznej chwili ich wirowanie spowolniło. A kilka dni później nagle zaczęły emitować fale radiowe.
Wizja artystyczna erupcji magnetara.
Źródło: Dzięki uprzejmości Goddard Space Flight Center NASA
Dzięki terminowym pomiarom pochodzącym z wyspecjalizowanych teleskopów orbitalnych astrofizyk z Rice University Matthew Baring i jego współpracownicy byli w stanie przetestować nową teorię na temat możliwej przyczyny rzadkiego spowolnienia SGR 1935+2154, wysoce namagnesowanego typu gwiazdy neutronowej zwanej magnetarem.
W badaniu opublikowanym 12 stycznia 2023 roku w Nature Astronomy Baring i jego współpracownicy wykorzystali dane rentgenowskie z XMM-Newton oraz NICER w celu przeanalizowania rotacji magnetara. Pokazali, że nagłe spowolnienie mogło być wywołane pęknięciem przypominającym wulkan na powierzchni gwiazdy, które wyrzuciło w przestrzeń „wiatr” masywnych cząstek. Badania wykazały, w jaki sposób taki wiatr może zmienić pola magnetyczne gwiazdy, zapoczątkowując warunki, które prawdopodobniej uruchomiły emisją radiową, co zostało następnie zmierzone przez chiński 500-metrowy teleskop FAST.
Ludzie spekulowali, że gwiazdy neutronowe mogą mieć coś w stylu odpowiednika wulkanów na powierzchni – mówi Baring, profesor fizyki i astronomii. Nasze odkrycia sugerują, że tak może być i że w tym przypadku pęknięcie najprawdopodobniej miało miejsce na biegunie magnetycznym gwiazdy lub w jego pobliżu.
SGR 1935+2154 i inne magnetary są rodzajem gwiazdy neutronowej, zwartymi pozostałościami martwej gwiazdy, która zapadła się pod wpływem silnej grawitacji. Szerokie na około kilkanaście kilometrów i gęste niczym jądro atomu magnetary obracają się raz na kilka sekund i charakteryzują się najbardziej intensywnymi polami magnetycznymi we Wszechświecie.
Magnetary emitują intensywne promieniowanie, w tym promieniowanie rentgenowskie i sporadyczne fale radiowe oraz promieniowanie gamma. Astronomowie mogą na podstawie tych emisji rozszyfrować wiele informacji o tych niezwykłych gwiazdach. Licząc na przykład impulsy promieniowania X, fizycy mogą obliczyć okres rotacji magnetara, czyli czas potrzebny do wykonania jednego pełnego obrotu, podobnego do obrotu, jaki Ziemia wykonuje w ciągu jednego dnia. Okresy rotacji magnetarów zazwyczaj zmieniają się powoli, a spowolnienie o jeden obrót na sekundę zajmuje im dziesiątki tysięcy lat.
W przypadku większości zakłóceń okres pulsacji skraca się, co oznacza, że gwiazda rotuje nieco szybciej niż wcześniej – powiedział Baring. Podręcznikowe wyjaśnienie jest takie, że z biegiem czasu zewnętrzne, namagnesowane warstwy gwiazdy zwalniają, ale wewnętrzne, nienamagnesowane jądro gwiazdy – nie. Prowadzi to do narastania naprężeń na granicy między tymi dwoma regionami, a zmiana sygnalizuje nagły transfer energii rotacyjnej z szybciej wirującego jądra do wolniej wirującej skorupy.
Nagłe spowolnienia rotacji magnetarów są bardzo rzadkie. Astronomowie zarejestrowali tylko trzy takie zdarzenia, w tym to z października 2020 roku.
Podczas gdy zakłócenia można zwykle wyjaśnić zmianami wewnątrz gwiazdy, te tak zwane „antyzakłócenia” prawdopodobnie już nie. Teoria Baringa opiera się na założeniu, że są one spowodowane zmianami na powierzchni gwiazdy i w przestrzeni wokół niej. W nowym artykule on i jego współpracownicy skonstruowali model wiatru napędzany wulkanem, aby wyjaśnić zmierzone wyniki obserwacji takiego antyzakłócenia z października 2020 roku.
Baring twierdzi, że model wykorzystuje tylko standardową fizykę, a konkretnie zmiany pędu i zachowanie energii, by móc uwzględnić spowolnienie rotacji.
Silny masywny wiatr cząsteczkowy emanujący z gwiazdy przez kilka godzin może stworzyć warunki do spadku okresu rotacji – powiedział. Nasze obliczenia wykazały, że taki wiatr miałby również moc zmiany geometrii pola magnetycznego na zewnątrz gwiazdy neutronowej.
Pęknięcie może być formacją podobną do wulkanu, ponieważ ogólne właściwości pulsacji rentgenowskiej prawdopodobnie wymagają momentu „wystrzelenia” wiatru ze zwartego regionu na powierzchni.
To, co czyni zdarzenie z października 2020 roku wyjątkowym, to szybki błysk radiowy z magnetara obserwowany zaledwie kilka dni po antyzakłóceniu, a także włączenie się pulsacyjnej, efemerycznej emisji radiowej zaraz potem – powiedział uczony. Widzieliśmy dotąd tylko garstkę przejściowych, pulsujących magnetarów radiowych i po raz pierwszy zobaczyliśmy radiowe włączenie magnetara, niemal równoległe z antyzakłóceniem.
Według Baringa ta zbieżność czasowa sugeruje, że emisje radiowe były wywołane tym samym zdarzeniem, i ma nadzieję, że dodatkowe badania modelu gwiazdowego wulkanizmu dostarczą nam jeszcze więcej odpowiedzi.
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Źródło:
.jpg)
