Grupa astronomów wykorzystująca teleskop ESA XMM-Newton dokonała odkrycia jednego z najpotężniejszych znanych pól magnetycznych we Wszechświecie. Co ciekawe, dotąd uważano że obiekt znany jako SGR 0418+5729 ma nadzwyczaj słabe pole magnetyczne.
Ta martwa gwiazda jest zaliczana do grupy magnetarów – pulsarów o bardzo silnym polu magnetycznym. Są to obiekty bardzo gęste, mieszczące masę większą od słonecznej w kuli o promieniu około 20 km. Silne pola magnetyczne doprowadzają do potężnych eksplozji z impulsami promieniowania wysokoenergetycznego. Jedynie nieduży odsetek pulsarów jest jednocześnie magnetarem.
SGR 0418 znajduje się w naszej Galaktyce, około 6,5 tysiąca lat świetlnych od Ziemi. Został po raz pierwszy wykryty w 2009 r. niezależnie przez misje agencji amerykańskiej Fermi i rosyjskiej Koronas-Photon, zwracając na siebie uwagę gwałtownym rozjaśnieniem w promieniach rentgena i gamma.
„Dotąd wszystko wskazywało, że mamy do czynienia z jednym z najsłabszych znanych magnetarów, mających około 6x1012 Gaussów, o dwa rzędy wielkości mniej niż typowi przedstawiciele tej grupy obiektów. – mówi Andrea Tiengo z Instituto Universario di Studi Superiori w Pawii we Włoszech – Zrozumienie tych wyników było wyzwaniem. Mimo to przypuszczaliśmy że SGR 0418 ukrywa znacznie potężniejsze pole magnetyczne, będące jednak poza zasięgiem standardowych technik analitycznych”.
Pole magnetyczne magnetara przejawia się na kilku poziomach. Najbardziej oczywisty efekt – i zazwyczaj bardzo intensywny – pochodzi od pola dipolowego. Obserwujemy je mierząc okres obrotowy takiego pulsara, ponieważ pole magnetyczne wpływa na jego spowolnienie. Trzy lata takich obserwacji doprowadziły astronomów do wniosku, że SGR 0418 ma słabe pole magnetyczne. Astronomowie szukali wyjaśnienia rezultatów, a jedna z idei polegała na dokładniejszemu przyjrzeniu się uzyskanemu sygnałowi.
Nowa technika, rozwinięta przez zespół dr Tiengo opiera się na wyszukiwaniu wariacji w widmie rentgenowskim magnetara w bardzo krótkich interwałach czasu rotacji. Pozwala to badaczom na znacznie dokładniejszą analizę pola magnetycznego i umożliwiło ukazanie SGR 0418 jako prawdziwego magnetycznego olbrzyma. „Rezultat był niezwykły: wykryliśmy, że co 9 sekund emisja magnetara słabła w niektórych zakresach energetycznych. Oznacza to, że niektóre promienie X zostały pochłonięte przez wąski obszar magnetara” wnioskuje włoski uczony.
Efekt wykryty w SGR 0418 przez zespół dr Tiengo, określany mianem absorpcji cyklotronowej, powodują protony, które oddziałują z promieniowaniem rentgenowskim wysyłanym z magnetara. Owe oddziaływanie zachodzi między 1 a 5 keV, w zależności od intensywności pola w danym miejscu.
„Aby wyjaśnić nasze obserwacje, ten magnetar musi mieć bardzo silne, zawinięte pole magnetyczne osiągające 1015 Gaussów na niewielkich obszarach powierzchni przerzuconych przez jedynie kilkaset metrów. Po uśrednieniu to pole może wydawać się dość słabe, jak dotąd sądziliśmy. Jednakże obecnie jesteśmy w stanie zbadać podstruktury na powierzchni i zobaczyć, że lokalnie pole jest wyjątkowo silne”, powiedział dr Tiengo.
Prostym przyrównaniem mogą być lokalne pola magnetyczne powiązane z plamami na Słońcu, gdzie zmiana w ich konfiguracji może doprowadzić do nagłego kolapsu i powstania flary, w przypadku zaś SGR 0418 do rozbłysku rentgenowskiego.
Wysokiej jakości dane uzyskane dzięki XMM-Newton i nowa technika analizy danych pozwoliły naukowcom na pierwsze tak precyzyjne badania pola magnetycznego magnetara. Można przypuszczać, że inne podobne obiekty mogą ukazać nam swoje równie intrygujące oblicze, dzięki zastosowaniu nowego podejścia do pomiarów.
Ta martwa gwiazda jest zaliczana do grupy magnetarów – pulsarów o bardzo silnym polu magnetycznym. Są to obiekty bardzo gęste, mieszczące masę większą od słonecznej w kuli o promieniu około 20 km. Silne pola magnetyczne doprowadzają do potężnych eksplozji z impulsami promieniowania wysokoenergetycznego. Jedynie nieduży odsetek pulsarów jest jednocześnie magnetarem.
SGR 0418 znajduje się w naszej Galaktyce, około 6,5 tysiąca lat świetlnych od Ziemi. Został po raz pierwszy wykryty w 2009 r. niezależnie przez misje agencji amerykańskiej Fermi i rosyjskiej Koronas-Photon, zwracając na siebie uwagę gwałtownym rozjaśnieniem w promieniach rentgena i gamma.
„Dotąd wszystko wskazywało, że mamy do czynienia z jednym z najsłabszych znanych magnetarów, mających około 6x1012 Gaussów, o dwa rzędy wielkości mniej niż typowi przedstawiciele tej grupy obiektów. – mówi Andrea Tiengo z Instituto Universario di Studi Superiori w Pawii we Włoszech – Zrozumienie tych wyników było wyzwaniem. Mimo to przypuszczaliśmy że SGR 0418 ukrywa znacznie potężniejsze pole magnetyczne, będące jednak poza zasięgiem standardowych technik analitycznych”.
Pole magnetyczne magnetara przejawia się na kilku poziomach. Najbardziej oczywisty efekt – i zazwyczaj bardzo intensywny – pochodzi od pola dipolowego. Obserwujemy je mierząc okres obrotowy takiego pulsara, ponieważ pole magnetyczne wpływa na jego spowolnienie. Trzy lata takich obserwacji doprowadziły astronomów do wniosku, że SGR 0418 ma słabe pole magnetyczne. Astronomowie szukali wyjaśnienia rezultatów, a jedna z idei polegała na dokładniejszemu przyjrzeniu się uzyskanemu sygnałowi.
Nowa technika, rozwinięta przez zespół dr Tiengo opiera się na wyszukiwaniu wariacji w widmie rentgenowskim magnetara w bardzo krótkich interwałach czasu rotacji. Pozwala to badaczom na znacznie dokładniejszą analizę pola magnetycznego i umożliwiło ukazanie SGR 0418 jako prawdziwego magnetycznego olbrzyma. „Rezultat był niezwykły: wykryliśmy, że co 9 sekund emisja magnetara słabła w niektórych zakresach energetycznych. Oznacza to, że niektóre promienie X zostały pochłonięte przez wąski obszar magnetara” wnioskuje włoski uczony.
Efekt wykryty w SGR 0418 przez zespół dr Tiengo, określany mianem absorpcji cyklotronowej, powodują protony, które oddziałują z promieniowaniem rentgenowskim wysyłanym z magnetara. Owe oddziaływanie zachodzi między 1 a 5 keV, w zależności od intensywności pola w danym miejscu.
„Aby wyjaśnić nasze obserwacje, ten magnetar musi mieć bardzo silne, zawinięte pole magnetyczne osiągające 1015 Gaussów na niewielkich obszarach powierzchni przerzuconych przez jedynie kilkaset metrów. Po uśrednieniu to pole może wydawać się dość słabe, jak dotąd sądziliśmy. Jednakże obecnie jesteśmy w stanie zbadać podstruktury na powierzchni i zobaczyć, że lokalnie pole jest wyjątkowo silne”, powiedział dr Tiengo.
Prostym przyrównaniem mogą być lokalne pola magnetyczne powiązane z plamami na Słońcu, gdzie zmiana w ich konfiguracji może doprowadzić do nagłego kolapsu i powstania flary, w przypadku zaś SGR 0418 do rozbłysku rentgenowskiego.
Wysokiej jakości dane uzyskane dzięki XMM-Newton i nowa technika analizy danych pozwoliły naukowcom na pierwsze tak precyzyjne badania pola magnetycznego magnetara. Można przypuszczać, że inne podobne obiekty mogą ukazać nam swoje równie intrygujące oblicze, dzięki zastosowaniu nowego podejścia do pomiarów.
Czytaj więcej:
- Rezultaty badań zostały opublikowane 15 sierpnia w Nature: A. Tiengo, et al., "A variable absorption feature in the X-ray spectrum of a magnetar", 2013, Nature, 500, 312
Źródło: Wieńczysław Bykowski | ESA
Na zdjęciu: Wizja artystyczna przedstawiająca magnetar SGR 0418+5729 z pętlą magnetyczną Źródło: ESA/ATG medialab
(Tekst ukazał się pierwotnie w serwisie Orion, którego zasoby zostały włączone do portalu Urania)
