Międzynarodowy zespół astronomów wykorzystał zestaw radioteleskopów, aby zdobyć nowe informacje na temat magnetara, który ma zaledwie kilkaset lat.
Gdy gwiazda o stosunkowo dużej masie zapada się pod koniec swego życia i eksploduje jako supernowa, może pozostawić po sobie supergęstą gwiazdę zwaną gwiazdą neutronową. Ekstremalne siły uwolnione podczas ich formowania często powodują, że gwiazdy neutronowe wirują bardzo szybko, emitując wiązki światła niczym latarnia morska. Gdy wiązka ta jest ustawiona w taki sposób, że jest widoczna z Ziemi, gwiazdę taką nazywamy pulsarem. Zaś gdy powstaje gwiazda neutronowa z szybką rotacją podobną do pulsara i polem magnetycznym tysiące razy silniejszym niż typowa gwiazda neutronowa, otrzymuje ona miano magnetara. Gwiazdy te mają około dwukrotnie większą masę niż nasze Słońce, a ich rozmiar wynosi kilkadziesiąt kilometrów.
Chociaż istnieje wiele podobieństw między gwiazdami neutronowymi, pulsarami i magnetarami, astronomowie wciąż zastanawiają się, jakie warunki powodują, że te ekstremalne gwiazdy ewoluują na tak różnych ścieżkach.
Zespół astronomów pod kierownictwem Hao Dinga z Mizusawa VLBI Observatory (Narodowe Obserwatorium Astronomiczne Japonii) wykorzystał Very Long Baseline Array (VLBA) do określenia kluczowych cech nowo odkrytego magnetara z niespotykaną dotąd precyzją.
Obecnie znamy 30 potwierdzonych magnetarów, ale tylko osiem z nich jest wystarczająco podobnych, aby były istotne do tego badania. Ding i jego zespół korzystał z VLBA przez trzy lata, aby zebrać dane dotyczące położenia i prędkości magnetara Swift J1818.0-1617, odkrytego na początku 2020 roku. Naukowcy sądzą, że Swift J1818.0-1617 jest najmłodszym odkrytym do tej pory magnetarem, który wiruje z prędkością 1,36 sekundy.
Swift J1818.0-1617 znajduje się w kierunku konstelacji Strzelca. Położony po drugiej stronie centralnego zgrubienia galaktycznego – w obrębie Drogi Mlecznej – i oddalony jest o zaledwie 22 tysiące lat świetlnych, czyli stosunkowo blisko Ziemi – wystarczająco blisko, aby wykorzystać metodę paralaksy do dokładnego określenia jego trójwymiarowego położenia w Galaktyce.
Długość życia magnetara nie jest obecnie znana, ale astronomowie szacują, że Swift J1818.0-1617 ma zaledwie kilkaset lat. Jasne emisje rentgenowskie magnetara wymagają wypływu ekstremalnie wysokiej energii; tylko szybki zanik jego intensywnego pola magnetycznego może wyjaśnić moc kryjącą się za tymi widmowymi sygnaturami. W przypadku zwykłych gwiazd ciągu głównego jasne niebieskie gwiazdy żyją bardzo krótko, ponieważ wypalają swe paliwo znacznie szybciej niż ich żółte rodzeństwo. Fizyka jest inna w przypadku magnetarów, ale one również prawdopodobnie żyją krócej niż pulsary.
Magnetary są bardzo młode, ponieważ nie mogą wydzielać energii w takim tempie przez bardzo długi czas – wyjaśnił Ding.
Ponadto magnetary mogą wykazywać emisję na niskim końcu widma elektromagnetycznego – w długościach fal radiowych. W tym przypadku źródłem energii jest prawdopodobnie promieniowanie synchrotronowe pochodzące z szybkiego wirowania magnetara. W promieniowaniu synchrotronowym plazma otaczająca samą gwiazdę neutronową jest tak ciasno owinięta wokół powierzchni gwiazdy, że obraca się z prędkością bliską prędkości światła, generując emisje na falach radiowych. Te emisje radiowe zostały następnie wykryte przez VLBA w ciągu trzech lat obserwacji.
VLBA zapewniła nam doskonałą rozdzielczość kątową do pomiaru tej maleńkiej paralaksy – powiedział Ding. Rozdzielczość przestrzenna jest niezrównana.
Wyniki, opublikowane w sierpniu 2024 roku, określają paralaksę Swift J1818.0-1617 jako jedną z najmniejszych dla gwiazd neutronowych, a jej tak zwaną prędkość poprzeczną jako najmniejszą – nowy dolny limit – wśród magnetarów.
Prędkość w astronomii najłatwiej jest opisać za pomocą dwóch składników – kierunków. Prędkość radialna opisuje prędkość poruszania się wzdłuż linii widzenia, co w tym przypadku oznacza wzdłuż promienia Galaktyki. W przypadku magnetara takiego jak Swift J1818.0-1617, znajdującego się po drugiej stronie centralnego zgrubienia, na drodze znajduje się zbyt wiele innego materiału, aby precyzyjnie określić prędkość radialną. Prędkość poprzeczna opisuje ruch prostopadły do płaszczyzny Galaktyki i jest łatwiejsza do określenia.
Astronomowie starają się zrozumieć procesy formowania – te wspólne i te odmienne, gdy porównujemy „zwykłe” gwiazdy neutronowe, pulsary i magnetary. Mają nadzieję, że precyzyjne pomiary prędkości poprzecznej pomogą określić warunki, które powodują, że gwiazda ewoluuje jedną z tych trzech ścieżek.
Ding twierdzi, że badanie to przemawia za teorią, że magnetary raczej nie powstają w takich samych warunkach, co młode pulsary, lecz w wyniku bardziej egzotycznych procesów.
Musimy wiedzieć, jak szybko poruszał się ten magnetar, gdy się narodził – powiedział Ding. Mechanizm powstawania magnetarów jest wciąż tajemnicą, którą chcielibyśmy zrozumieć.
Opracowanie: Agnieszka Nowak
Więcej informacji:
Źródło: NRAO
Na ilustracji: Wizja artystyczna magnetara Swift J1818.0-1617. Źródło: NSF, AUI, NSF NRAO, S. Dagnello
