Ta gwiazda neutronowa wiruje z obłędną prędkością. W ciągu jednej sekundy obraca się aż 716 razy!

Spis treści:

1. Ekstremalnie szybkie wirowanie
2. 100 tysięcy razy jaśniejsza od Słońca
3. Gwiezdny kanibalizm

Odległa o 27 tys. lat świetlnych martwa gwiazda wydaje się bawić na jednej z najbardziej epickich gwiezdnych dyskotek, jakie kiedykolwiek widzieliśmy. Gwiazda neutronowa 4U 1820-30 wiruje tak szybko wokół swojej osi centralnej, że wykonuje zapierające dech w piersiach 716 obrotów na sekundę. Jedynie słynny pulsar PSR J1748-2446ad obraca się z taką prędkością.

Odkrycie to, jak twierdzi zespół kierowany przez astrofizyka Gaurava Jaisawala z Technical University of Denmark, potwierdza obecną teoretyczną górną granicę prędkości wirowania gwiazd neutronowych. Uznaje się, że to około 730 obrotów na sekundę.

Ekstremalnie szybkie wirowanie

Spróbujmy porównać tę prędkość do czegoś znanego nam bliżej. Pralki domowe wykonują od około 800 do 1600 obrotów na minutę (obr./min). Prędkość 800 obr./min odpowiada około 13 obrotom na sekundę, a 1600 obr./min to około 27 obrotów na sekundę​. Najbardziej zbliżoną do opisywanej gwiazdy neutronowej prędkość uzyskują wysokowydajne wirniki w turbinach gazowych. Np. turbiny w silnikach lotniczych montowanych w myśliwcach mogą osiągać prędkości rzędu kilkuset obrotów na sekundę. W najbardziej zaawansowanych silnikach turbiny mogą obracać się nawet w zakresie 700–800 obr./s w ekstremalnych warunkach.

Jak badaczom udało się odnaleźć gwiazdę o tak zawrotnej prędkości wirowania? – Badaliśmy eksplozje termojądrowe z tego układu binarnego. Następnie znaleźliśmy niezwykłe oscylacje – mówi Jaisawal. Eksplozje te zostały zarejestrowane dzięki należącemu do NASA Neutron Star Interior Composition Explorer (NICER), teleskopowi rentgenowskiemu podróżującemu wraz z Międzynarodową Stacją Kosmiczną.

100 tysięcy razy jaśniejsza od Słońca

– Podczas tych wybuchów gwiazda neutronowa staje się do 100 tys. razy jaśniejsza od Słońca i uwalnia ogromną ilość energii – dodaje astrofizyk. Ta konkretna gwiazda neutronowa, czyli 4U 1820-30, należy do układu binarnego typu rentgenowskiego. Znajduje się w gromadzie kulistej NGC 6624, która jest częścią znajdującej się w centrum Drogi Mlecznej konstelacji Strzelca. Jest to system wyjątkowy. Tworzy go gwiazda neutronowa oraz biały karzeł, które orbitują wokół siebie w ekstremalnie krótkim czasie, wynoszącym zaledwie 685 sekund, czyli około 11 minut.

Dodajmy, że gwiazdy neutronowe są jednym z końcowych etapów ewolucji masywnej gwiazdy. Powstają, gdy w gwieździe o masie od 8 do 30 razy większej od masy Słońca zabraknie atomów, które mogłaby „stopić” w swoim jądrze. Wówczas gwiazda wyrzuca swoją zewnętrzną materię w eksplozji supernowej. Natomiast jądro, które nie jest już wspierane przez ciśnienie zewnętrzne dostarczane przez fuzję, zapada się pod wpływem grawitacji. W ten sposób jądro staje się gwiazdą neutronową. Czyli obiektem o masie od około 1,1 do 2,3 razy większej od masy Słońca, upakowanym w niewielką kulę o średnicy zaledwie 20 kilometrów.

Gwiazdami neutronowymi są też magnetary z niezwykle silną sferą magnetyczną, a także pulsary. Pulsary rotują niezwykle szybko, wysyłając wiązki fal radiowych ze swoich biegunów. Dzięki temu wydają się „pulsować” w przestrzeni niczym kosmiczna latarnia morska.

Gwiezdny kanibalizm

Wiemy, że 4U 1820-30 istnieje co najmniej od lat 80. XX wieku. Bliskość obu gwiazd w tym układzie oznacza, że gwiazda neutronowa jest wystarczająco blisko, by kanibalizować swojego towarzysza. Pozbawia go materiału, który następnie gromadzi się na powierzchni gwiazdy neutronowej. Pobierana w ten sposób masa staje się coraz gęstsza i gorętsza, aż w końcu gwiazda wyrzuca ją w eksplozji termojądrowej.

Właśnie te eksplozje zarejestrowała grupa prowadzona przez Gaurava Jaisawala. – Mamy do czynienia z bardzo ekstremalnymi zdarzeniami. Badając je uzyskujemy nowy wgląd w cykle życia układów podwójnych gwiazd i powstawanie pierwiastków we Wszechświecie – podkreśla badacz.

W latach 2017–2022 zespół zarejestrował 15 takich wybuchów termojądrowych. Analizując pozyskane dane, naukowcy odkryli coś ciekawego. Jeden z wybuchów miał dziwną sygnaturę, oscylację o częstotliwości 716 herców. Wyglądało to tak, jakby gwiazda obracała się podczas wybuchu – co, jak ustalili naukowcy, prawdopodobnie miało miejsce.

Może to oznaczać, że gwiazda neutronowa 4U 1820-30 jest pulsarem rentgenowskim o okresie 716 obrotów na minutę, zasilanym przez eksplozje termojądrowe. Ponieważ PSR J1748-2446ad jest pulsarem radiowym, oznaczałoby to, że 4U 1820-30 jest najszybszym znanym pulsarem napędzanym energią jądrową. Aby zweryfikować to odkrycie, konieczne będą dalsze obserwacje. Jeśli jednak wyniki zostaną potwierdzone, dadzą nam one nowe narzędzie do badania gwiazd neutronowych i ekstremów, jakie mogą one osiągnąć, zanim ulegną samozniszczeniu.

Źródło: ScienceAlert.

Nasza autorka

Ewelina Zambrzycka-Kościelnicka

Dziennikarka i redaktorka zajmująca się tematyką popularnonaukową. Związana z magazynami portali Gazeta.pl oraz Wp.pl. Współautorka książek „Człowiek istota kosmiczna”, „Kosmiczne wyzwania” i „Odważ się robić wielkie rzeczy”.