Korzystając z dwóch teleskopów rentgenowskich, naukowcy byli w stanie przybliżyć nieregularne zachowanie magnetara, który uwolnił szybki błysk radiowy.
Co powoduje tajemnicze wybuchy fal radiowych w kosmosie? Astronomowie mogą być o krok bliżej do udzielenia odpowiedzi na to pytanie. Dwa teleskopy rentgenowskie NASA zaobserwowały ostatnio jedno z takich zdarzeń – znane jako szybki błysk radiowy – zaledwie kilka minut przed i po jego wystąpieniu. Ten bezprecedensowy widok wyznacza naukowcom drogę do lepszego zrozumienia tych ekstremalnych zdarzeń radiowych.
Choć trwają tylko ułamek sekundy, szybkie błyski radiowe mogą uwalniać mniej więcej tyle energii, ile Słońce wytwarza w ciągu roku. Ich światło tworzy również wiązkę przypominającą laser, co odróżnia je od bardziej chaotycznych kosmicznych eksplozji.
Ponieważ błyski te są krótkie, często trudno jest określić, skąd pochodzą. Do 2020 roku te, których źródło udało się ustalić, pochodziły spoza naszej Galaktyki – zbyt daleko, by astronomowie mogli zobaczyć, co je wytworzyło. Następnie w macierzystej Galaktyce Ziemi pojawił się szybki błysk radiowy, pochodzący z niezwykle gęstego obiektu zwanego magnetarem – zapadniętych pozostałości eksplodującej gwiazdy.
W październiku 2022 roku magnetar o nazwie SGR 1935+2145 wygenerował kolejny szybki błysk radiowy, który został szczegółowo zbadany przez NICER (Neutron Star Interior Composition Explorer) na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej oraz przez NuSTAR (Nuclear Spectroscopic Telescope Array) na niskiej orbicie okołoziemskiej. Teleskopy obserwowały magnetar przez wiele godzin, rejestrując to, co działo się na powierzchni obiektu źródłowego i w jego bezpośrednim otoczeniu, zarówno przed, jak i po szybkim błysku radiowym. Wyniki, opisane w nowym badaniu opublikowanym 14 lutego 2024 roku w czasopiśmie Nature, stanowią przykład tego, jak teleskopy mogą współpracować, aby obserwować i śledzić krótkotrwałe zdarzenia kosmiczne.
Błysk nastąpił pomiędzy dwoma „zakłóceniami”, kiedy magnetar nagle zaczął obracać się szybciej. Szacuje się, że SGR 1935+2154 ma średnicę około 20 kilometrów i wiruje 3,2 razy na sekundę, co oznacza, że jego powierzchnia poruszała się z prędkością około 11 000 km/h. Jego spowolnienie lub przyspieszenie wymagałoby znacznej ilości energii. Dlatego też autorzy badania byli zaskoczeni, widząc, że pomiędzy zakłóceniami magnetar zwalniał do prędkości mniejsze niż przed zakłóceniem w ciągu zaledwie dziesięciu godzin, czyli około 100 razy szybciej niż kiedykolwiek zaobserwowano w magnetarze.
Zazwyczaj, gdy dochodzi do zakłóceń, magnetar potrzebuje tygodni lub miesięcy, aby powrócić do normalnej prędkości – powiedział Chin-Ping Hu, astrofizyk z National Changhua University of Education na Tajwanie i główny autor nowego badania. Wyraźnie widać, że coś dzieje się z tymi obiektami w znacznie krótszych skalach czasowych, niż wcześniej sądziliśmy, i może to być związane z szybkością generowanie błysków radiowych.
Cykl wirowania
Próbując ustalić, w jaki sposób magnetary wytwarzają szybkie błyski radiowe, naukowcy muszą wziąć pod uwagę wiele zmiennych.
Na przykład magnetary (które są rodzajem gwiazd neutronowych) są tak gęste, że łyżeczka materii ważyłaby na Ziemi około miliarda ton. Tak wysoka gęstość oznacza również silne przyciąganie grawitacyjne: pianka marshmallow spadająca na typową gwiazdę neutronową uderzyłaby z siłą wczesnej bomby atomowej.
Silna grawitacja oznacza, że powierzchnia magnetara jest niestabilnym miejscem, regularnie uwalniającym błyski promieniowania rentgenowskiego i światła o wyższej energii. Przed szybkim błyskiem radiowym, który miał miejsce w 2022 roku, magnetar zaczął uwalniać erupcje promieniowania rentgenowskiego i gamma (jeszcze bardziej energetyczne długości fal światła), które były obserwowane w polu widzenia peryferyjnego wysokoenergetycznych teleskopów kosmicznych. Ten wzrost aktywności skłonił operatorów misji do skierowania satelitów NICER i NuSTAR bezpośrednio na magnetar.
Wszystkie te rozbłyski rentgenowskie, które miały miejsce przed tym zakłóceniem, miałyby w zasadzie wystarczającą energię do stworzenia szybkiego błysku radiowego, ale tak się nie stało – powiedział współautor badania Zorawar Wadiasingh, naukowiec z Uniwersytetu Maryland, College Park i Goddard Space Flight Center NASA. Wygląda więc na to, że coś się zmieniło w okresie spowolnienia, tworząc odpowiedni zestaw warunków.
Co jeszcze mogło się wydarzyć w przypadku SGR 1935+2145, aby wytworzyć szybki błysk radiowy? Jednym z czynników może być to, że zewnętrzna część magnetara jest stała, a wysoka gęstość miażdży wnętrze do stanu zwanego nadciekłością. Od czasu do czasu te oba stany mogą się rozdzielić, jak woda w wirującym akwarium. Kiedy tak się dzieje, płyn może dostarczyć energię do skorupy. Autorzy artykułu uważają, że prawdopodobnie to właśnie spowodowało oba zakłócenia, które towarzyszyły szybkiemu błyskowi radiowemu.
Jeżeli początkowe zakłócenie spowodowało pęknięcie na powierzchni magnetara, mogło to uwolnić materię z wnętrza gwiazdy w przestrzeń kosmiczną, jak erupcja wulkanu. Utrata masy powoduje spowolnienie wirujących obiektów, więc naukowcy uważają, że może to wyjaśnić gwałtowne spowolnienie magnetara.
Jednak obserwując w czasie rzeczywistym tylko jedno z tych zdarzeń, zespół nadal nie może z całą pewnością stwierdzić, który z tych czynników (lub innych, takich jak silne pole magnetyczne magnetara) może prowadzić do wytworzenia szybkiego błysku radiowego. Niektóre z nich mogą w ogóle nie być związane z błyskiem.
Bez wątpienia zaobserwowaliśmy coś ważnego dla naszego zrozumienia szybkich błysków radiowych – powiedział George Younes, badacz z Goddard i członek zespołu naukowego NICER specjalizującego się w magnetarach. Myślę jednak, że wciąż potrzebujemy dużo więcej danych, aby rozwikłać tę zagadkę.
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Więcej informacji:
- NASA Telescopes Find New Clues About Mysterious Deep Space Signals
- Rapid spin changes around a magnetar fast radio burst
Źródło: NASA
Na ilustracji: Na tej koncepcji artystycznej magnetar traci materię w przestrzeni kosmicznej w wyniku wyrzutu, który spowolniłby jego rotację. Źródło: NASA/JPL-Caltech
