Unikalne właściwości ekstremalnych gwiazd a ich powiązanie z tajemniczymi źródłami
Być może została wyjaśniona uniwersalna zależność dla pulsarów, magnetarów i potencjalnie szybkich błysków radiowych.
Wizja artystyczna magnetara, w którym gwiazda neutronowa emituje światło radiowe zasilanie energią zmagazynowaną w skrajnie silnym polu magnetycznym, powodując wybuchy będące jednymi z najpotężniejszych zjawisk obserwowanych we Wszechświecie. Źródło: Michael Kramer / MPIfR
Międzynarodowy zespół badaczy z Instytutu Radioastronomii Maxa Plancka w Bonn w Niemczech, kierowany przez Michaela Kramera i Kuo Liu, przeprowadził badania nad rzadkim gatunkiem gwiazd o skrajnie wysokiej gęstości, znanych jako magnetary. Celem tych badań było odkrycie podstawowej zasady, która wydaje się mieć powszechne zastosowanie w przypadku gwiazd neutronowych. Ta zasada dostarcza wglądu w proces wytwarzania emisji radiowej przez te źródła i może stanowić klucz do zrozumienia tajemniczych błysków światła radiowego, znanych jako szybkie błyski radiowe (FRB), pochodzących z odległej przestrzeni kosmicznej.
Wyniki zostały opublikowane w czasopiśmie Nature Astronomy.
Gwiazdy neutronowe są to skompresowane jądra masywnych gwiazd, które zawierają nawet dwukrotnie większą masę niż Słońce w kuli o średnicy mniejszej niż 25 km. W rezultacie wewnątrz tych gwiazd materia jest skoncentrowana w najgęstszy sposób obserwowany we Wszechświecie, gdzie elektrony i protony zostają ściskane w neutrony, stąd nazwa „gwiazdy neutronowe”. Istnieje ponad 3000 gwiazd neutronowych, które można obserwować jako pulsary radiowe. Pulsary te emitują wiązkę radiową, która, gdy jest skierowana w stronę naszych teleskopów, staje się widoczna jako pulsujący sygnał świetlny.
Pole magnetyczne pulsarów jest tysiąc miliardów razy silniejsze niż pole magnetyczne Ziemi, ale istnieje niewielka grupa gwiazd neutronowych, które mają pola magnetyczne nawet 1000 razy silniejsze – to magnetary. Spośród około 30 znanych magnetarów, u sześciu wykryto przynajmniej sporadyczną emisję radiową. Sugeruje się, że magnetary pozagalaktyczne mogą być źródłem szybkich błysków radiowych. Naukowcy z Instytutu Radiowego Maxa Plancka (MPIfR) i Uniwersytetu w Manchesterze przeprowadzili badania impulsów magnetarów, odkrywając w nich podstrukturę. Podobną strukturę impulsów zaobserwowano również w pulsarach milisekundowych i innych źródłach gwiazd neutronowych, takich jak nieregularne radioźródło (RRAT).
Badacze odkryli, że skala czasowa magnetarów i innych gwiazd neutronowych jest zgodna z tą samą uniwersalną zależnością, która skaluje się z okresem rotacji. Fakt, że gwiazda neutronowa o okresie rotacji krótszym niż kilka milisekund i taka o okresie prawie 100 sekund zachowują się jak magnetary, sugeruje, że wewnętrzne pochodzenie struktury subpulsów musi być takie samo dla wszystkich głośnych radiowo gwiazd neutronowych. Odkrycie to dostarcza informacji na temat procesu plazmowego, który odpowiada za emisję radiową i zmienia sposób interpretacji podobnej struktury obserwowanej w przypadku szybkich błysków radiowych (FRB), jako wyniku odpowiedniego okresu rotacji.
Kiedy postanowiliśmy porównać emisję magnetarów z emisją FRB, spodziewaliśmy się podobieństw – powiedział Michael Kramer, pierwszy autor artykułu i dyrektor MPIfR. Nie spodziewaliśmy się jednak, że wszystkie głośne radiowo gwiazdy neutronowe charakteryzują się tym samym uniwersalnym skalowaniem.
Spodziewaliśmy się, że magnetary są zasilane energią pola magnetycznego, podczas gdy inne są zasilane energią rotacyjną, dodał Kuo Liu. Niektóre są bardzo stare, inne bardzo młode, a jednak wszystkie wydają się przestrzegać tego prawa.
Gregory Desvignes opisuje eksperyment: Obserwowaliśmy magnetary za pomocą 100-metrowego radioteleskopu Effelsberg i porównaliśmy nasze wyniki również z danymi archiwalnymi, ponieważ magnetary nie emitują promieniowania radiowego przez cały czas. Ponieważ emisja radiowa magnetarów nie zawsze jest obecna, trzeba być elastycznym i szybko reagować, co jest możliwe dzięki teleskopom takim jak ten w Effelsbergu – potwierdził Ramesh Karuppusamy.
Dla Bena Stappersa, jednego z autorów badania, najbardziej ekscytującym aspektem jest możliwość związku ze szybkimi błyskami radiowymi (FRB). Jeśli niektóre FRB pochodzą z magnetarów, to skala czasowa podstruktury w tych wybuchach może dostarczyć informacji o okresie rotacji tych magnetarów. Odkrycie takiej okresowości w danych byłoby przełomem w wyjaśnieniu FRB jako źródeł radiowych.
Dzięki tym informacjom poszukiwania trwają!, podsumował Michael Kramer.
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Źródło:
