Co może przeciąć gwiazdę na pół? To „ostrze relatywistyczne” – sugeruje nowa koncepcja naukowców

W tym artykule:

1. Ultragęste gwiazdy neutronowe
2. Jak umiera gwiazda?
3. Ostrza relatywistyczne

We wrześniu 2023 r. w serwisie preprintów naukowych arXiv.org pojawiła się praca dwóch naukowców z Centrum Kosmologii i Fizyki Cząstek Uniwersytetu Nowojorskiego. Autorzy – Marcus DuPoint i Andrew MacFayden – zatytułowali swój tekst bardzo krótko: „Gwiazdy przepołowione przez relatywistyczne ostrza”.

Pod tym chwytliwym tytułem znajduje się oryginalna hipoteza dotycząca magnetarów. Czyli szybko obracających się gwiazd neutronowych, które są źródłem niezwykle silnego pola magnetycznego. Zdaniem badaczy w pewnych okolicznościach magnetary mogą zostać rozcięte przez wiązkę promieniowania. Całe zdarzenie zaś z kolei może być początkiem jednej z najsilniejszych eksplozji, do jakich dochodzi w kosmosie.

Ultragęste gwiazdy neutronowe

Badacze interesowali się rozbłyskami gamma (gamma-ray bursts, GRB). To nagłe wzrosty natężenia promieniowania gamma, które pojawiają się co jakiś czas w pewnym punkcie nieba. Od dawna interesują badaczy, ponieważ stanowią najsilniejsze źródła promieniowania elektromagnetycznego we Wszechświecie.

Tak wyglądałby kosmos, gdybyśmy potrafili dostrzec promieniowanie gamma. Niezwykła animacja

Wszechświat pełen rozbłyskujących na fioletowo fajerwerków. Tak wygląda niebo na animacji przygotowanej przez NASA. W widowiskowy sposób pokazuje ona kosmiczne źródła promieniowania gamma.

Astrofizycy przypuszczają, że w ich powstawanie zamieszane są czarne dziury albo magnetary. A do rozbłysku gamma może dochodzić, gdy w ich pobliżu znajdzie się gwiazda, która zostanie rozerwana przez potężną siłę grawitacji.

Niekiedy jednak zdarza się, że rozbłyski gamma znikają bardzo powoli. To właśnie naprowadziło DuPointa i MacFaydena na ich teorię. Ich zdaniem w powstanie tego typu GBR zamieszane są magnetary. Czyli wirujące gwiazdy neutronowe o gigantycznym polu magnetycznym.

Jak umiera gwiazda?

Gwiazda neutronowa powstaje, gdy jądro masywnej gwiazdy zapada się grawitacyjnie, a jej zewnętrze warstwy zostają odrzucone w wybuchu supernowej. Po takim zdarzeniu pozostaje ultragęsta kula wielkości ziemskiego miasta, składająca się głównie z neutronów. Kula ta wiruje wokół własnej osi, wytwarzając bardzo silne pole magnetyczne (nawet miliardy razy potężniejsze od ziemskiego). To właśnie jest magnetar.

Wokół niego rozciąga się materia pozostała po zapaści macierzystej gwiazdy. Magnetar przyciąga ją do siebie. Wykazano, że pod wpływem promieniowania magnetara i jego pola magnetycznego materia ta tworzy układające się wzdłuż osi obrotu dżety. Czyli uciekające w kosmos strumienie plazmy. Ale to nie wszystko.

Ostrza relatywistyczne

DuPoint i MacFayden zwrócili uwagę, że oprócz tych „klasycznych” dżetów przez magnetar mogą przechodzić jeszcze inne. „Można by słusznie zapytać: czy równikowe dżety wycinają sobie drogę przez gęste jądro umierającej gwiazdy podobnie jak ich klasyczne odpowiedniki?” – piszą badacze w swojej pracy.

Ich zdaniem obracający się magnetar jest źródłem ekstremalnych sił odśrodkowych, które nadają przecinającym gwiazdę wiązkom promieniowania kształt ostrza. Wiązki te przenikają gwiazdę wzdłuż równika z prędkościami bliskimi prędkości światła, niosąc więcej energii niż supernowa. „Ponieważ są ultracienkie, mogą łatwo rozepchnąć materię, kiedy wiązka przechodzi przez gęste jądro gwiazdy” – piszą badacze.

Rezultat? Takie „ostrze relatywistyczne” przecina umierającą gwiazdę na pół. Obiekt robi się niestabilny, co przypieczętowuje jego koniec. Podróżując przez ośrodek wokół gwiazdy „ostrze” wytraca stopniowo swoją energię. Potencjalnie może wyjaśniać to rejestrowane na Ziemi powoli zanikające rozbłyski gamma.

Na koniec warto dodać, że praca DuPointa i MacFaydena nie została jeszcze zrecenzowana. Naukowcy chcą się teraz zająć zbadaniem ewolucji ostrzy i tego, jak ich pojawienie się wpływa na los magnetara.

Źródła: Space.com, arXiv.org.

Nasz ekspert

Magdalena Salik

Dziennikarka naukowa i pisarka, przez wiele lat sekretarz redakcji i zastępczyni redaktora naczelnego magazynu „Focus". Wcześniej redaktorka działu naukowego „Dziennika. Polska, Europa, Świat”. Pasjami czyta i pisze, miłośniczka literatury popularnonaukowej i komputerowych gier RPG. Więcej: magdalenasalik.wordpress.com