Nowe dane uzyskane z misji kosmicznej NuSTAR potwierdziły, że najjaśniejszy i najmasywniejszy układ gwiazd – Eta Carinae – przyspiesza cząsteczki do wysokich energii, a niektóre z nich mogą docierać do Ziemi jako promienie kosmiczne.
Naukowcy wiedzą, że fale uderzeniowe z eksplodujących gwiazd mogą przyspieszać cząstki promieni kosmicznych do prędkości zbliżonych do prędkości światła, co jest niesamowitym przyspieszeniem. Podobne procesy muszą występować w innych ekstremalnych środowiskach, a analiza wykazuje, że Eta Carinae jest takim właśnie miejscem.
Promienie kosmiczne o energii większej niż 1 miliard elektronowoltów (eV) docierają do nas spoza Układu Słonecznego. Ale ponieważ te cząstki – protony, elektrony i jądra atomowe – wszystkie niosą ładunek elektryczny, gdy napotkają pole magnetyczne, zmieniają tor swojego lotu. Powoduje to mieszanie się trajektorii i maskowanie ich pochodzenia.
Eta Carinae znajduje się 7500 lat świetlnych od nas w gwiazdozbiorze nieba południowego – Carina. Jest znana z wybuchu zarejestrowanego w XIX wieku, dzięki czemu przez krótki czas była drugim co do jasności obiektem na niebie. W trakcie wybuchu gwiazda wyrzuciła masywną mgławicę w kształcie klepsydry, ale powód erupcji nadal pozostaje nieznany. Układ składa się z pary masywnych gwiazd, których mimośrodowe orbity zbliżają je do siebie co 5,5 roku. Gwiazdy mają 90 i 30 mas Słońca, a w momencie największego zbliżenia przechodzą obok siebie w odległości zaledwie 225 milionów kilometrów (średnia odległość Mars – Słońce). Obydwa składniki Eta Carinae generują potężne wiatry gwiazdowe. Miejsce, gdzie dochodzi do zderzenia tych wiatrów zmienia się podczas cyklu orbitalnego, co powoduje powstawanie okresowego sygnału w promieniach X o niskiej energii, który astronomowie śledzą od ponad dwóch dekad.
Teleskop promieniowania gamma – Fermi – także obserwuje zmianę w tych promieniach – promieniowaniu, które mieści znacznie więcej energii niż promieniowanie X, a pochodzącym ze źródła zlokalizowanego w kierunku Eta Carinae. Jednak ostrość widzenia Fermiego nie jest tak dobra, jak w teleskopach rentgenowskich, więc astronomowie nie mogą potwierdzić związku Eta Carinae z tymi promieniami.
Aby wypełnić lukę między monitorowanymi niskoenergetycznymi promieniami X a obserwacjami Fermiego, Kenji Hamaguchi, astrofizyk z Goddard Space Flight Cnter w Greenbelt w stanie Maryland wraz ze współpracownikami zwrócił się ku NuSTAR. Wystrzelony w przestrzeń kosmiczną w 2012 roku NuSTAR może skupić się na promieniach X o znacznie większej energii niż jakikolwiek inny teleskop. Wykorzystując zarówno nowe dane, jak i te archiwalne zespół przeanalizował obserwacje NuSTAR z okresu od marca 2014 do czerwca 2016 roku, włączając w to obserwacje rentgenowskie o niższych energiach z satelity XMM-Newton z tego samego okresu. Niskoenergetyczne (miękkie) promienie X Eta Carinae pochodzą z gazu na styku zderzających się wiatrów gwiazdowych, gdzie temperatury przekraczają 40 milionów stopni Celsjusza. NuSTAR wykrywa także źródło emitujące promienie rentgenowskie powyżej 30 000 eV, a zatem około trzy razy wyższe niż można wytłumaczyć falami uderzeniowymi zderzających się wiatrów. Analiza zespołu pokazuje, że owe twarde promienie rentgenowskie zmieniają się wraz z okresem orbitalnym układu podwójnego gwiazd i pokazują podobny schemat uwalniania energii, jak promieniowanie gamma obserwowane za pomocą Fermiego.
Naukowcy twierdzą, że najlepszym wytłumaczeniem zarówno twardych promieni X, jak i promieni gamma są elektrony przyspieszane w gwałtownych falach uderzeniowych wzdłuż granicy zderzających się wiatrów gwiazdowych. Promienie rentgenowskie wykrywane przez NuSTAR oraz promienie gamma wykryte przez Fermiego pochodzą z promieniowania gwiazd, które otrzymało dodatkową energię wskutek interakcji z tymi elektronami. Część superszybkich elektronów (jak również inne przyspieszone cząstki) musi uciekać z układu i być może wkrótce dotrą na Ziemię, gdzie zostaną wykryte jako promienie kosmiczne.
Astronomowie od pewnego czasu wiedzą, że region wokół Eta Carinae jest źródłem emisji energii wysokoenergetycznych promieni rentgenowskich i promieni gamma. Dopóki NuSTAR nie określił źródła promieniowania i nie pokazał, że pochodzi ono z układu podwójnego badając szczegółowo jego właściwości, pochodzenie tego promieniowania było tajemnicą.
Opracowanie: Agnieszka Nowak
Więcej:
NASA's NuSTAR Mission Proves Superstar Eta Carinae Shoots Cosmic Rays
Źródło: Goddard Space Flight Center
Na zdjęciu: Eta Carinae na zdjęciu z Kosmicznego Teleskopu Hubble'a. Źródło: NASA, ESA, i zespół Hubble SM4 ERO
