Korzystając z doskonałej czułości europejskiego obserwatorium rentgenowskiego XMM-Newton, grupa astronomów przeprowadziła pierwszy bezpośredni pomiar pola magnetycznego gwiazdy neutronowej. Wyniki dostarczają szansy na wgląd w ekstremalną fizykę takich gwiazd i ujawniają nową tajemnicę dotyczącą końca życia zbadanego obiektu.

Gwiazda neutronowa to obiekt o ogromnej gęstości. Masa porównywalna z masą Słońca upakowana jest w ciele niebieskim o średnicy 20-30 kilometrów. Jest ona produktem wybuchu gwiazdy supernowej. W wyniku eksplozji większość masy wyrzucana jest w otaczająca ją przestrzeń. Jednak centralna część gwiazdy zapada się tworząc supergęstą, gorącą kulę neutronów obracającą się z ogromną prędkością.

Mimo, że są to dość powszechnie występujące obiekty, pojedyncze gwiazdy neutronowe skrywają wiele tajemnic. Gwiazdy neutronowe w momencie narodzin są bardzo gorące, ale szybko się ochładzają. Z tego powodu tylko kilka z nich emituje promieniowanie rentgenowskie. Właśnie dlatego badane są zwykle przez rejestrację ich promieniowania radiowego, o mniejszej energii niż promieniowanie X i występującego zwykle w formie pulsów. Tak więc tylko kilka spośród gwiazd neutronowych może być obserwowanych rentgenowsko przez teleskopy takie jak XMM-Newton.

Jeden z takich obiektów oznaczony jest 1E1207.4-5209. Teleskop obserwował go bijąc przy okazji swój rekord długości obserwacji (72 godziny). Profesor Giovanni Bignami z Centre d’Etude Spatiale des Rayonnements (CESR) i jego zespół bezpośrednio zmierzyli natężenie pola magnetycznego. To pierwsza izolowana gwiazda neutronowa, dla której udało się to osiągnąć. Wszystkie poprzednie pomiary były wykonywane w sposób pośredni. Było to dokonywane z pomocą założeń teoretycznych bazujących na modelach opisujących grawitacyjny kolaps (zapadanie się) masywnych gwiazd, z których powstają gwiazdy neutronowe. Druga pośrednia metoda polegała na ocenie pola magnetycznego przez pomiar szybkości spowalniania rotacji gwiazd neutronowych (mierzono to radioastronomicznie).

W przypadku 1E1207.4-5209 bezpośrednie pomiary za pomocą XMM-Newton pokazały, że pole magnetyczne gwiazdy neutronowej jest 30 razy słabsze niż wynikało to z pośrednich oszacowań.

Jak można to wyjaśnić? Astronomowie są w stanie zmierzyć w jakim tempie gwiazda neutronowa spowalnia swoją rotację. Zakładali dotąd, że jest to powodowane “tarciem” pomiędzy polem magnetycznym a ośrodkiem w którym gwiazda się znajduje. Teraz okazało się, że musi istnieć coś jeszcze, co hamuje obrót gwiazdy. Ale co? Możemy obecnie spekulować, że może to być niewielki dysk złożony z pozostałości po supernowej otaczający gwiazdę neutronową i będący przyczyną dodatkowego tarcia.

Uzyskane wyniki są źródłem pytania: Czy 1E1207.4-5209 jest typowym przedstawicielem gwiazd neutronowych, czy też raczej wyjątkiem? Astronomowie mają nadzieję na dalsze obserwacje za pomocą XMM-Newton.

Promieniowanie X biegnące od gwiazdy neutronowej, takiej jak 1E1207.4-5209, musi przejść przed wydostaniem się w przestrzeń kosmiczną przez pole magnetyczne gwiazdy. Cząstki znajdujące się w tym polu mogą przechwycić część tego promieniowania. Mają w ten sposób wpływ na jego widmo, tworząc ślady znane jako cyklotronowe rezonansowe linie absorpcyjne. To właśnie te linie pozwoliły profesorowi Bignami i jego zespołowi zmierzyć natężenie pola magnetycznego gwiazdy.

Wyniki badań ukażą się w tym tygodniu w piśmie Nature.

Autor

Michał Matraszek