Odkryto nowy sygnał pochodzący od zderzających się gwiazd neutronowych

Jasny rozbłysk promieni rentgenowskich został odkryty przez Obserwatorium Rentgenowskie Chandra w galaktyce oddalonej o 6,6 mld lat świetlnych od Ziemi. Wydarzenie to prawdopodobnie zasygnalizowało połączenie się dwóch gwiazd neutronowych i mogłoby dać astronomom świeże spojrzenie na to, jak zbudowane są gwiazdy neutronowe – gęste obiekty gwiazdowe upakowane głównie neutronami.

Gdy łączą się dwie gwiazdy neutronowe, wytwarzają strumienie wysokoenergetycznych cząstek oraz promieniowanie wyrzucane w przeciwnych kierunkach. Jeżeli strumień jest skierowany wzdłuż linii pola widzenia z Ziemi, można wykryć błysk lub wybuch promieni gamma. Jeżeli dżet nie jest skierowany w naszą stronę, potrzebny jest inny sygnał do rejestracji połączenia.

Detekcja fal grawitacyjnych jest jednym z takich sygnałów. Teraz, wraz z obserwacją jasnego rozbłysku promieniowania X, astronomowie znaleźli inny sygnał i odkryli, że dwie gwiazdy neutronowe prawdopodobnie połączyły się, tworząc nową, cięższą i szybko rotującą gwiazdę neutronową o niezwykle silnym polu magnetycznym.

„Znaleźliśmy zupełnie nowy sposób na uchwycenie łączących się gwiazd neutronowych. Zachowanie tego źródła promieniowania X jest zgodne z przewidywaniami takich zdarzeń jednego z członków naszego zespołu” – Yongquan Xue z Chińskiego Uniwersytetu Nauki i Technologii oraz główny autor artykułu.

Chandra obserwowała źródło, nazwane XT2, gdy nagle pojawiło się, a następnie zniknęło po około siedmiu godzinach. Źródło znajduje się w Głębokim Południowym Polu Chandra, najgłębszym zdjęciu rentgenowskim, jakie kiedykolwiek wykonano, i zawiera prawie 12 tygodni czasu obserwacji, wykonane w różnych odstępach czasu przez kilka lat. Źródło pojawiło się 22 marca 2015 r. i zostało odkryte w później analizowanych danych archiwalnych.

Naukowcy zidentyfikowali prawdopodobne pochodzenie XT2, badając, w jaki sposób jego promieniowanie rentgenowskie zmieniało się w czasie, porównując to zachowanie z przewidywaniami dokonanymi w 2013 r. przez Binga Zhanga z University of Nevada w Las Vegas. Promieniowanie X wykazało charakterystyczną sygnaturę pasującą do tych przewidywań dla nowo utworzonego magnetara – gwiazdy neutronowej wirującej z prędkością setek razy na sekundę i posiadającej niezwykle silne pole magnetyczne, około miliarda razy większe, niż ziemskie.

Zespół uważa, że magnetar stracił energię pod postacią wiatru emitującego promieniowanie rentgenowskie, co spowalnia jego prędkość rotacji, gdy źródło zanika. Ilość promieniowania X pozostawała w przybliżeniu stała w jasności przez ok. 30 minut a następnie zmniejszała jasność ponad trzysta razy w ciągu 6,5 godziny, zanim stała się niewykrywalna. Pokazało to, że połączenie gwiazd neutronowych wytworzyło nową, większą gwiazdę neutronową, a nie czarną dziurę.

Wynik ten jest ważny, ponieważ daje astronomom szansę poznania wnętrza gwiazd neutronowych, obiektów, które są tak gęste, że ich właściwości nigdy nie będą mogły być odwzorowane na Ziemi.

Łączenie się gwiazd neutronowych było znaczące w wiadomościach naukowych, ponieważ LIGO wykryło fale grawitacyjne z podobnego zdarzenia w 2017 roku. Źródło to, znane jako GW170817, spowodowało rozbłysk promieni gamma i poświatę w świetle wykrytym przez inne teleskopy, w tym Chandra. Zespół Xue uważa, że XT2 również były źródłem fal grawitacyjnych, jednak do zderzenia doszło, zanim LIGO rozpoczęło swoje obserwacje i było zbyt odległe, by wykryć je w jakikolwiek sposób.

Zespół Xue rozważał także, czy XT2 mogło być wywołane zapadnięciem się masywnej gwiazdy, a nie połączeniem się gwiazd neutronowych. Źródło znajduje się na obrzeżach swojej galaktyki, co jest zgodne z ideą, że wybuchy supernowych, które pozostały po gwiazdach neutronowych, wyrzuciły je z centrum kilka miliardów lat wcześniej. Sama galaktyka ma także pewne właściwości – w tym niskie tempo powstawania gwiazd w porównaniu z innymi galaktykami o podobnej masie – będące znacznie bardziej zgodne z typem galaktyki, w której oczekuje się połączenia dwóch gwiazd neutronowych.

Zespół oszacował tempo, w jakim powinny wystąpić zdarzenia takie jak XT2, i stwierdził, że zgadza się ono ze wskaźnikiem wynikającym z wykrycia GW170817. Obydwa szacunki są jednak bardzo niepewne, ponieważ zależą od wykrycia tylko jednego obiektu, więc potrzebnych jest więcej przykładów.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Źródło:
Chandra

Dodaj komentarz

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