Przejdź do treści

Wybuch gwiazdy neutronowej ujawnia naturę zjawisk obserwowanych tylko w czarnych dziurach

Wizja artystyczna płonącej erupcji gwiazdy neutronowej Swift J1858.6-0814 w porównaniu z czarną dziurą GRS 1915+105.

Międzynarodowy zespół znalazł gwiazdę neutronową, która przechwytuje materię z gwiazdy towarzyszącej z pomocą gwałtownego i niestabilnego procesu.

Mechanizm ten, wcześniej obserwowany tylko w bardzo jasnych czarnych dziurach, pokazuje, że tak zwana „niestabilność akrecyjna” jest w rzeczywistości fundamentalnym procesem fizycznym. Co więcej, odkrycie to otwiera nowy ogólny scenariusz wyjaśniający ekstremalną akrecję materii na zwarte obiekty. Badanie zostało opublikowane w czasopiśmie Nature.

Rentgenowskie układy podwójne to układy utworzone przez zwarty obiekt, gwiazdę neutronową lub czarną dziurę oraz gwiazdę o rozmiarach podobnych do Słońca. Zwarty obiekt pochłania materię z gwiazdy towarzyszącej poprzez dysk, który emituje duże ilości światła, zwłaszcza w zakresie rentgenowskim. Ten proces, w którym zwarty obiekt przyciąga materię, znany jako akrecja, zwykle występuje w postaci gwałtownych erupcji, podczas których układ staje się nawet tysiąc razy jaśniejszy. Ponadto część usuniętej materii, która opada spiralnie w kierunku zwartego obiektu w dysku, jest wyrzucana z powrotem w przestrzeń kosmiczną przez wiatry lub w postaci strumieni materii.

Rentgenowski układ podwójny znany jako Swift J1858.6-0814 został odkryty w 2018 roku podczas jednego z tych spektakularnych epizodów erupcji, wprawiając w zakłopotanie społeczność astronomiczną od najwcześniejszych obserwacji. Układ wykazywał niesamowite rozbłyski przez rok, emitując na wszystkich długościach fal, od radiowych po promieniowanie rentgenowskie. Pochodzenie tych „kosmicznych fajerwerków” było nieznane, ale były one tak jasne, że społeczność naukowa uznała, że zwarty obiekt musi być czarną dziurą. Jednak odkrycie eksplozji termojądrowych w 2020 roku wykazało obecność stałej powierzchni na zwartym obiekcie, potwierdzający tym samym, że Swift J1858.6-0814 zawiera gwiazdę neutronową.

Dzięki międzynarodowej kampanii obserwacyjnej z użyciem wielu teleskopów zespół odkrył, że Swift J1858.6-0814 wykazuje te same egzotyczne niestabilności akrecyjne, co GRS 1915+105, czarna dziura, która służyła jako kamień z Rosetty do rozszyfrowania złożonego zachowania tej gwiazdy neutronowej. Te niestabilności występują przy bardzo dużych jasnościach, dając początek oscylacjom o dużej amplitudzie w dysku akrecyjnym i silnym wyrzutom materii – wyjaśnia Federico Vincentelli, badacz IAC i pierwszy autor artykułu. Ten dramatyczny proces pozostaje słabo poznany i do tej pory był szczegółowo obserwowany tylko w układzie, w którym zwartym obiektem jest czarna dziura – dodaje.

Porównując oba układy, zespół naukowy był w stanie zweryfikować aspekty nigdy wcześniej nie obserwowane. Zdaliśmy sobie sprawę, że możemy wyjaśnić złożoną fenomenologię obu obiektów za pomocą trzech składników: niestabilnego dysku akrecyjnego, który wytwarza niezwykle zmienną emisję promieniowania rentgenowskiego, gdy wewnętrzne części dysku cyklicznie opróżniają się i wypełniają; powtarzających się wyrzutów materii (powstałych po opróżnieniu dysku), które można zaobserwować na falach radiowych i podczerwonych; oraz jasnych ech tych wewnętrznych zmian w najbardziej zewnętrznych obszarach dysku, które można obserwować od podczerwieni do ultrafioletu – powiedział Vincentelli.

Badanie to pokazuje, że taka „niestabilność” jest fundamentalnym procesem fizycznym, niezależnym od natury zwartego obiektu. Praca ta przedstawia nowy scenariusz, który pozwala nam wyjaśnić, co dzieje się w pobliżu tych egzotycznych obiektów (gwiazd neutronowych i czarnych dziur), gdy akreują one materię z bardzo dużą prędkością – wyjaśnia Montserrat Armas Padilla, badaczka IAC i współautorka artykułu.

Wynik ten uzyskano dzięki intensywnej i jednoczesnej kampanii obserwacyjnej na wielu długościach fali, prowadzonej przy użyciu pięciu teleskopów kosmicznych i naziemnych.

W perspektywie przyszłych badań ostatnie odkrycie dostarcza społeczności naukowej nowych składników do zrozumienia pochodzenia niestabilności akrecyjnej. Teraz planujemy rozszerzyć tego typu badania na inne bardzo świecące układy, aby rzucić światło na czarne dziury i gwiazdy neutronowe, gdy akreują materię z ekstremalnymi prędkościami – podsumowuje Vincentelli.

 

Więcej informacji:

Źródło: IAC

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Na ilustracji: Wizja artystyczna płonącej erupcji gwiazdy neutronowej Swift J1858.6-0814 w porównaniu z czarną dziurą GRS 1915+105. Źródło: Gabriel Pérez Díaz (IAC)

Reklama