NuSTAR potwierdza, że Eta Carinae emituje promienie kosmiczne

Nowe dane uzyskane z misji kosmicznej NuSTAR potwierdziły, że najjaśniejszy i najmasywniejszy układ gwiazd – Eta Carinae – przyspiesza cząsteczki do wysokich energii, a niektóre z nich mogą docierać do Ziemi jako promienie kosmiczne.

Naukowcy wiedzą, że fale uderzeniowe z eksplodujących gwiazd mogą przyspieszać cząstki promieni kosmicznych do prędkości zbliżonych prędkości światła, co jest niesamowitym przyspieszeniem. Podobne procesy muszą występować w innych ekstremalnych środowiskach a analiza wykazuje, że Eta Carinae jest takim właśnie miejscem.

Astronomowie wiedzą, że promienie kosmiczne o energii większej, niż 1 mld elektronowoltów (eV) docierają do nas spoza Układu Słonecznego. Ale ponieważ te cząstki – protony, elektrony i jądra atomowe – wszystkie niosą ładunek elektryczny, więc gdy napotkają pole magnetyczne, zmieniają tor swojego lotu. Powoduje to mieszanie się trajektorii i maskowanie ich pochodzenia.

Eta Carinae znajduje się 7500 lat świetlnych od nas w gwiazdozbiorze nieba południowego – Carina. Jest znana z wybuchu zarejestrowanego w XIX wieku, dzięki czemu przez krótki czas była drugim co do jasności obiektem na niebie. W trakcie wybuchu gwiazda wyrzuciła masywną mgławicę w kształcie klepsydry, ale powód erupcji nadal pozostaje nieznany.

Układ składa się z pary masywnych gwiazd, których mimośrodowe orbity zbliżają je do siebie co 5,5 roku. Gwiazdy mają 90 i 30 mas Słońca, a w momencie największego zbliżenia przechodzą obok siebie w odległości zaledwie 225 milionów kilometrów (średnia odległość Mars – Słońce).

Obydwa składniki Eta Carinae generują potężne wiatry gwiazdowe. Miejsce, gdzie dochodzi do zderzenia tych wiatrów zmienia się podczas cyklu orbitalnego, co powoduje powstawanie okresowego sygnału w promieniach X o niskiej energii, który astronomowie śledzą od ponad dwóch dekad.

Teleskop promieniowania gamma – Fermi – także obserwuje zmianę w tych promieniach, promieniowaniu, które mieści znacznie więcej energii niż promieniowanie X, pochodzącym ze źródła zlokalizowanego w kierunku Eta Carinae. Jednak ostrość widzenia Fermiego nie jest tak dobra, jak w teleskopach rentgenowskich, więc astronomowie nie mogą potwierdzić związku Eta Carinae z tymi promieniami.

Aby wypełnić lukę między monitorowanymi niskoenergetycznymi promieniami X a obserwacjami Fermiego, Kenji Hamaguchi, astrofizyk z Goddard Space Flight Center w Greenbelt, Maryland, wraz ze współpracownikami zwrócił się ku NuSTAR. Wystrzelony w przestrzeń kosmiczną w 2012 roku, NuSTAR może skupić się na promieniach X o znacznie większej energii, niż jakikolwiek inny teleskop. Wykorzystując nowe dane jak i te archiwalne, zespół przeanalizował obserwacje NuSTAR z okresu od marca 2014 do czerwca 2016 r., włączając w to obserwacje rentgenowskie o niższych energiach z satelity XMM-Newton z tego samego okresu.

Niskoenergetyczne, lub miękkie, promienie X Eta Carinae pochodzą z gazu na styku zderzających się wiatrów gwiazdowych, gdzie temperatury przekraczają 40 mln stopni Celsjusza. NuSTAR wykrywa także źródło emitujące promienie rentgenowskie powyżej 30 000 eV, około trzy razy wyższe, niż można wytłumaczyć falami uderzeniowymi zderzających się wiatrów.

Analiza zespołu pokazuje, że owe twarde promienie rentgenowskie zmieniają się wraz z okresem orbitalnym układu podwójnego gwiazd i pokazują podobny schemat uwalniania energii, jak promieniowanie gamma obserwowane za pomocą Fermiego.

Naukowcy twierdzą, że najlepszym wytłumaczeniem zarówno twardych promieni X jak i promieni gamma są elektrony przyspieszane w gwałtownych falach uderzeniowych wzdłuż granicy zderzających się wiatrów gwiazdowych. Promienie rentgenowskie wykrywane przez NuSTAR oraz promienie gamma wykryte przez Fermiego pochodzą z promieniowania gwiazd, które otrzymało dodatkową energię wskutek interakcji z tymi elektronami.

Część superszybkich elektronów, jak również inne przyspieszone cząstki, musi uciekać z układu i być może wkrótce dotrą na Ziemię, gdzie zostaną wykryte jako promienie kosmiczne.

Astronomowie od pewnego czasu wiedzą, że region wokół Eta Carinae jest źródłem emisji energii wysokoenergetycznych promieni rentgenowskich i promieni gamma. Dopóki NuSTAR nie określił źródła promieniowania i nie pokazał, że pochodzi ono z układu podwójnego badając szczegółowo jego właściwości, pochodzenie tego promieniowania było tajemnicą dla naukowców.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Źródło:
Goddard Space Flight Center

Dodaj komentarz

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.