Żyją krótko, ale intensywnie. Superciężkie gwiazdy neutronowe to prawdziwy ewenement kosmosu – wiemy, jak je wykryć

Mimo iż teleskop kosmiczny Comptona jest już na “emeryturze”, to wciąż jest źródłem cennych informacji. W jego archiwalnych danych odkryto superciężkie gwiazdy neutronowe.
Ilustracja łączących się gwiazd neutronowych /Fot. NASA

Ilustracja łączących się gwiazd neutronowych /Fot. NASA

Analizując rozbłyski gamma (GRB) odnotowane przez teleskop kosmiczny Comptona, astronomowie NASA wykryli wzory świetlne wskazujące na superciężkie gwiazdy neutronowe istniejące na krótko przed zapadnięciem się w czarną dziurę. Te masywne, ale jednocześnie szczególnie ulotne obiekty, prawdopodobnie powstały w wyniku zderzenia dwóch gwiazd neutronowych. Szczegóły opisano w czasopiśmie Nature.

Skąd się biorą superciężkie gwiazdy neutronowe?

Gdy w jądrze masywnej gwiazdy kończy się paliwo i zapada się ono do środka, powstaje fala uderzeniowa, która zdmuchuje pozostałe resztki w eksplozji supernowej. Gwiazdy neutronowe zazwyczaj mają więcej materii niż Słońce w kuli o wielkości miasta, a powyżej pewnej “krytycznej” masy zapadają się w czarną dziurę.

Czytaj też: Tak żywi się supermasywna czarna dziura. Wykryto potężny strumień energii

Dane zebrane przez teleskopy kosmiczne i w symulacjach komputerowych wykazały, że superciężkie gwiazdy neutronowe są o 20 proc. masywniejsze od najcięższej znanej gwiazdy neutronowej – J0740+6620 – która ma masę 2,1 razy większą od Słońca. Superciężkie gwiazdy neutronowe są także prawie dwa razy większe od typowych gwiazd neutronowych, czyli mniej więcej tyle co dwie wyspy Manhattan.

Superciężkie gwiazdy neutronowe wirują prawie 78 000 razy na minutę, a to dwa razy więcej niż J1748-2446ad, najszybszy znany nam pulsar. Takie obiekty mogą istnieć zaledwie przez kilka dziesiątych części sekundy, po czym dochodzi do formowania sią czarnej dziury.

Prof. Cole Miller z University of Maryland, College Park (UMCP) mówi:

Wiemy, że krótkie GRB powstają, gdy orbitujące gwiazdy neutronowe zderzają się ze sobą i wiemy, że w końcu zapadają się w czarną dziurę, ale dokładna sekwencja zdarzeń nie jest dobrze zrozumiana. W pewnym momencie rodząca się czarna dziura wybucha strumieniem szybko poruszających się cząstek, które emitują intensywny błysk promieniowania gamma, a my chcemy dowiedzieć się więcej o tym, jak taka fala się rozchodzi.

Krótkie rozbłyski gamma świecą przez mniej niż dwie sekundy, ale uwalniają energię porównywalną do tej, która jest uwalniana przez wszystkie gwiazdy w naszej galaktyce w ciągu jednego roku. Można je wykryć z dystansu ponad miliarda lat świetlnych. Podczas fuzji gwiazd neutronowych powstają również fale grawitacyjne, które można wykryć – ale nie zawsze, gdyż często są zbyt krótkie i zbyt słabe. Można to obejść dzięki detekcji promieniowania gamma, tzw. oscylacji kwaziperiodycznych (QPO). Mogą one składać się z kilku bliskich częstotliwości, które zmieniają się lub rozpraszają w czasie. Zarówno promieniowanie gamma, jak i fale grawitacyjne QPO pochodzą z wirującej materii, gdy dwie gwiazdy neutronowe łączą się w pary.

Czytaj też: Galaktyki satelitarne prawidłowo ułożone w przestrzeni. Teoria ciemnej materii się obroniła

Dwa krótkie rozbłyski gamma zarejestrowane przez teleskop kosmiczny Comptona 11 lipca 1991 r. i 1 listopada 1993 r. pasują do opisu QPO. Nie ma pewności, czy faktycznie pochodzą one od superciężkich gwiazd neutronowych, ale stanowią ważny wskaźnik dla przyszłych obserwacji, zwłaszcza że do 2030 r. ziemskie detektory fal grawitacyjnych będą czułe na częstotliwości kilohercowe.