To ważne nie dlatego, że Wszechświat lubi fajerwerki, tylko dlatego, że takie skoki jasności są jak rentgen dla mechanizmu karmienia ekstremalnych obiektów. A tu dodatkowo mamy pulsacje, czyli możliwość śledzenia „bicia serca” gwiazdy i tego, jak reaguje na napływ materii.
Gwiazda, która je za szybko
P13 należy do klasy ultrajasnych źródeł X (ULX), które przez lata podejrzewano o bycie czarnymi dziurami, bo ich jasność wydawała się „za duża” jak na gwiazdę neutronową. Dziś wiemy, że część takich źródeł to jednak neutronowe „latarnie morskie”: obiekty z silnym polem magnetycznym, które kieruje spadający gaz na bieguny i produkuje pulsujące promieniowanie X.
Kluczowe hasło w tej historii to superkrytyczna (super-Eddingtonowska) akrecja. W normalnym scenariuszu rosnące promieniowanie powinno „odpychać” napływającą materię. W trybie superkrytycznym układ jakimś sposobem przemyca materię dalej, a my wciąż uczymy się, jak dokładnie to robi i jak wygląda geometria takiego „kosmicznego karmnika”.
Co się właściwie wydarzyło: dekada w danych, jeden zwrot akcji
Zespół prześledził zachowanie P13 w latach 2011–2024, korzystając z archiwów kilku obserwatoriów rentgenowskich (m.in. XMM-Newton, Chandra, NuSTAR i NICER). W tym długim horyzoncie jasność układu zmieniała się ogromnie, o ponad dwa rzędy wielkości.
Najciekawsze jest jednak to, że po słabym okresie w 2021 roku obiekt zaczął się ponownie rozjaśniać w 2022, a do 2024 osiągnął poziom ponad 100 razy wyższy niż w najciemniejszej fazie. I nie był to „samotny” wystrzał, rozjaśnianiu towarzyszyła wyraźna zmiana w zachowaniu rotacji.
P13 wiruje bardzo szybko (około 0,4 s na obrót), a w fazie ponownego rozbłysku tempo „podkręcania” rotacji (spin-up) wzrosło mniej więcej dwukrotnie i utrzymało się do 2024. To mocna poszlaka, że jasność w X i moment obrotowy nie są tu niezależnymi kaprysami, tylko dwiema stronami tej samej historii o tym, ile i jak materii faktycznie dociera do powierzchni.
Dlaczego naukowcy się ekscytują?
W takich układach pole magnetyczne prowadzi gaz na bieguny, gdzie ma powstawać wysoka kolumna akrecyjna, coś w rodzaju wąskiej, świecącej „wieży”, w której materia hamuje i oddaje energię. W analizie pojawia się sugestia, że w cyklu wieloletnich zmian strumienia zmienia się właśnie wysokość tej kolumny: w jasnej fazie ma być „wyższa”, w słabej „niższa”.
To ważne, bo geometria emisyjna decyduje o tym, co my w ogóle widzimy. Jeśli kolumna się „przestawia”, może zmieniać się zarówno ilość promieniowania, jak i to, jak jest ono kierowane, a więc: czy jasność jest „prawdziwa”, czy częściowo „podkręcona” wiązkowaniem. To jeden z powodów, dla których ULX-y są tak zdradliwe w interpretacji.
Dodatkowy smaczek z samej analizy widmowej: w okresie wygaszania zmieniała się twardość widma w fazie „poza pulsem”, podczas gdy w fazie „na pulsu” pozostawała bardziej stabilna, a przy ponownym rozjaśnianiu ta „mięknąca” cecha nie była już widoczna. Brzmi technicznie, ale w praktyce to trop, że układ przechodził realną przebudowę, a nie tylko falował w górę i w dół jak suwak jasności.
Po co nam takie „kosmiczne laboratoria” na obrzeżach galaktyk?
P13 leży w galaktyce NGC 7793, około 10 milionów lat świetlnych od Ziemi. To niby blisko w skali kosmologicznej, ale wystarczająco daleko, by obserwacje wymagały cierpliwości i wielu instrumentów. I właśnie dlatego wieloletnie monitorowanie ma tu ogromną wartość, pozwala łapać momenty przejścia między stanami, a nie tylko robić ładne zdjęcia jednego rozbłysku.
Takie układy są też analogią do zjawisk, które mogły zachodzić we wczesnym Wszechświecie: jeśli superkrytyczna akrecja działa „lepiej, niż powinna”, może tłumaczyć, jak niektóre obiekty rosły szybciej, niż pozwalają na to proste modele. To nie jest jeszcze odpowiedź, ale P13 dostarcza kolejnych klocków do tej układanki, zwłaszcza, że tu widać zależność między jasnością a zmianą rotacji, czyli bezpośredni ślad przepływu momentu pędu.
I na koniec: nie każda ultrajasna „kropka” na niebie musi być czarną dziurą. Historia P13 dobrze przypomina, że czasem to gwiazda neutronowa wykonuje najcięższą pracę i robi to w sposób, który potrafi oszukać nasze intuicje o limitach jasności.
Astronomia ekstremów często cierpi na to, że obserwujemy obiekt raz i próbujemy dopasować do niego pół podręcznika. Tutaj wreszcie mamy długi zapis, w którym da się porównywać fazy jasne i słabe oraz łapać, co dzieje się z pulsem i widmem. To jest dokładnie ten rodzaj „nudnej, wieloletniej roboty”, który potem wskazuje na największe przełomy.
A co dalej? Jeśli P13 już raz zszedł do słabej fazy i wrócił, to najbardziej naturalne jest dalsze czuwanie, bo kolejna zmiana stanu może być równie pouczająca, a być może nawet pokaże, czy układ ma „przełączniki” np. związane z geometrią, wiązkowaniem albo chwilowym ograniczeniem dopływu materii.