Co jest miliony razy jaśniejsze niż gwiazda i istnieje, choć nie powinno? Mowa o tzw. ultraintensywnych źródłach rentgenowskich (ang. ultraluminous X-ray source, ULX). Tak określa się tajemnicze obiekty emitujące bardzo dużo promieniowania rentgenowskiego. O wiele więcej niż zwykłe, dobrze znane astronomom gwiazdy.
ULX stanowią dla naukowców zagadkę. Emitując nawet 10 mln razy więcej energii niż gwiazdy, łamią tzw. limit jasności Eddingtona. To wielkość określająca, ile energii może wyemitować obiekt o danej masie w określonym czasie. Czyli w uproszczeniu – jak jasny może być obiekt o pewnej masie.
Co stałoby się z kosmicznym tworem, który łamie tę zasadę? Powinien zostać rozsadzony od wewnątrz i rozpaść się na kawałki. „A jednak ULX-y regularnie przekraczają jasność Eddingtona nawet 100–500 razy” – napisano na stronie NASA. I istnieją.
Zagadka wielkich energii
Jak to możliwe? By znaleźć odpowiedź, naukowcy wykorzystali należącego do NASA satelitę astronomicznego Nuclear Spectroscopic Telescope Array (NuSTAR). Satelita ten wyposażony jest w teleskop prowadzący obserwacje w zakresie wysokoenergetycznego promieniowania rentgenowskiego.
Badacze zainteresowali się ultraintensywnym źródłem rentgenowskim oznaczonym jako M82 X-2. Obiekt ten jest o wiele za jasny jak na swoją wielkość. Wcześniej próbowano to tłumaczyć pewnym rodzajem iluzji optycznej. Jednak praca opublikowana ostatnio w czasopiśmie naukowym „The Astrophysical Journal” wskazuje, że tak nie jest.
Obiekt M82 X-2 rzeczywiście łamie limit jasności Eddingtona. Czyli – emituje tyle energii, że powinien wybuchnąć już dawno temu.
Gwiazda neutronowa, która intensywnie świeci
Naukowcy zastanawiali się, czy M82 X-2 nie jest przypadkiem czarną dziurą. Okazało się jednak, że to gwiazda neutronowa. Gwiazdy neutronowe stanowią pozostałości po wypalonych słońcach. A dokładnie – ich ultragęste jądra. Dlatego gwiazdy neutronowe mają tak gigantyczną gęstość, że na ich powierzchni grawitacja jest 100 bilionów razy większa niż na Ziemi.
Co się dzieje, kiedy coś dostaje się pod wpływ siły grawitacyjnej gwiazdy neutronowej? Nabiera gigantycznej prędkości, aż wreszcie uderza w jej powierzchnię z ogromną energią. „Gdyby na gwiazdę neutronową spadła pianka marshmallow, w czasie zderzenia uwolniłaby się energia odpowiadająca wybuchowi tysięcy bomb wodorowych” – można przeczytać na stronie NASA.
Żarłoczna gwiazda jest mocno „sklejona”
M82 X-2 podkrada materię z sąsiedniej gwiazdy. Jest przy tym żarłoczna – co roku pochłania materię o masie odpowiadającej półtorej masy Ziemi. Wiedząc, ile materii spada na tę gwiazdę, naukowcy mogli oszacować jej jasność. Gdy to zrobili, potwierdziło się, że jasność M82 X-2 faktycznie przekracza wielkość dopuszczoną limitem jasności Eddingtona.
Co jest tego przyczyną? Według najnowszej hipotezy odpowiedzialne za to może być bardzo silne pole magnetyczne gwiazdy. To ono miałoby sprawiać, że zmieniałby się kształt atomów tworzących gwiazdę neutronową. „Pola magnetyczne sprawiałyby, że sferyczne atomy nabierałyby wydłużonego, włóknistego kształtu” – napisano na stronie NASA. „To zmniejszyłoby zdolność fotonów do odpychania atomów, zwiększając możliwą maksymalną jasność obiektu”.
Czyli innymi słowy – cząstki, z jakich składa się gwiazda neutronowa, byłyby tak dobrze „sklejone”, że obiekt nie rozpadałby się nawet przy bardzo dużej jasności.
Warto dodać, że gwiazda neutronowa w 90% składa się z gęsto upakowanych neutronów. Tworzą one coś w rodzaju gigantycznego jądra atomowego. Jednak w pobliżu powierzchni gwiazdy, gdzie gęstość materii jest mniejsza występują też „typowe” atomy.
– Nasze obserwacje pozwalają badać efekty bardzo silnych pól magnetycznych, których, przy obecnej technologii, nie bylibyśmy w stanie odtworzyć na Ziemi – komentuje Matteo Bachetti, główny autor badań. – Na tym polega piękno astronomii. Nie możemy zaprojektować eksperymentu, żeby dostać szybką odpowiedź. Musimy czekać, aż Wszechświat sam zdradzi nam swoje sekrety – dodaje badacz.
Źródło: NASA, The Astrophysical Journal.
