Dzięki danym z teleskopu XMM Newton Europejskiej Agencji Kosmicznej, europejscy astronomowie zaobserwowali po raz pierwszy wirujące gorące plamy na powierzchni trzech bliskich sobie gwiazd.
Te wyniki zwiastują przełom w rozumieniu termicznej geografii gwiazd neutronowych i pomiarach niewielkich zjawisk na obiektach oddalonych o tysiące lat świetlnych.

Gwiazdy neutronowe to niezwykle gęste i szybko obracające się obiekty, złożone głównie z neutronów. Są one ogromnie gorące w momencie narodzin, jako pozostałości po eksplozjach supernowych.

Astrofizycy zaproponowali pewien fizyczny mechanizm tłumaczący, że energia elektromagnetyczna emitowana przez gwiazdę może zostać wciągnięta z powrotem w jej powierzchnię, w pewnych regionach. Te miejsca osiągają temperatury znacznie wyższe niż reszta powierzchni. Tak szczególna geografia termiczna gwiazd neutronowych, nie została do tej pory zaobserwowana.

Lewa strona wykresu pokazuje emisję promienowania X dla trzech gwiazd neutronowych określanych jako Trzej Muszkieterowie. Podczas gdy temperatura większości powierzchni gwiazdy waha się pomiędzy 500 a 700 tys stopni Celsjusza, mniejsze plamy mają szczególnie wyższą temperatuę, powyżej 1 000 tys stopni. Rozmiary gorących plam sa różne na różnych gwiazdach. Prawy panel pokazuje jak zmienia się powierzchnia podczas wirowania gwiazdy. (UWAGA! skala nie została zachowana). Z animacji dowaidujemy się, że plamy na PSR 1055 i Geminga znikają podczas obrotu, a gwiazda PSR 0656 zachowuje swoją gorącą plamę zawsze na widoku. To kolejna wskazówka dla rozumienia geometrii gwiazdy neutronowej.

Wykorzystując dane z XMM-Newton, grupa europejskich astronomów zaobserwowała wirujące gorące plamy na trzech wyizolowanych gwiazdach neutronowych emitujących promieniowanie rentgenowskie i gamma. Te trzy gwiazdy to PSR B0656-14, PSR B1055-52 i Geminga, odpowiednio około 800, 2000 i 500 lat świetlnych od nas.

Obraz rentgenowski gwiazdy neutronowej PSR B0656-14, oddalonej od Ziemi o 800 lat świetlnych. Zdjęcie z 23 pażdziernika 2001

Tak jak dla normalnych gwiazd, temperaturę gwiazd neutronowych mierzymy poprzez analizę jej barwy, która informuje o ilości wypromieniowanej energii. Astronomowie podzielili powierzchnię gwiazdy neutronowej na 10 klinów i mierzyli poszczególne temperatury. Poprzez takie działanie lepiej obserwowali spadki i wzmocnienia emisji z powierzchni gwiazdy. Zmiany były wywołane właśnie poprzez pojawiające się wirujące plamy. Mogliśmy zaobserwować zmiany na powierzchni rzędu nawet 100m na obiekcie oddalonym o setki lat świetlnych!

Obraz rentgenowski gwiazdy neutronowej PSR B1055-52, oddalonej od Ziemi o 20800 lat świetlnych. Zdjęcie z 14 i 15 grudnia 2000 roku.

Grupa badawcza uważa, że gorące plamy są najprawdopodobniej powiązane z regionami biegunowymi jako miejscami, gdzie pole magnetyczne gwiazdy kieruje naładowane ładunki prosto na jej powierzchnię, w sposób podobny do efektu zórz polarnych.

Te wyniki to klucz do zrozumienia roli magnetosfery oraz całej złożoności zjawisk zachodzących na gwiazdach neutronowych. Stało się to możliwe dzięki obserwatorium XMM-Newton. Mamy nadzieję, że zastosujemy naszą metodę również w stosunku do innych gwiazd.” powiedział Patrizia Caraveo z Instituto Nazionale di Astrofisica w Milano we Włoszech.

Jednakże, cała sprawa w dalszym ciągu to zagadka dla naukowców. Cóż, jeśli okaże się, że nasi “Trzej Muszkieterowie” są w posiadaniu magnetosfery o porównywalnych właściowościach? Wtedy nie będziemy wiedzieli, dlaczego w trzech różnych przypadkach mamy do czynienia z innymi plamami – ich rozmiary wahają się od 60m do kilometra! Może jakiś inny, lepszy mechanizm wyjaśni różnice? Czy bedzie to znaczyć, że powinniśmy zmienić nasze spojrzenie na gwiazdy neutronowe i ich pola magnetyczne? Możemy postawić wiele różnych pytań

Autor

Aleksandra Drozd