Космічний телескоп Swift проливає світло на загадкову поведінку деяких нейтронних зірок
Космічний рентгенівський телескоп NASA Swift X-ray Telescope дозволив вченим-астрономам спостерігати за надзвичайно рідкісним і незвичайним явищем, пов'язаним з поведінкою однієї нейтронної зірки. Ця зірка, що обертається дуже тривалий час з постійною швидкістю, раптово почала сповільнюватися з досить великою швидкістю. Спостереження за цим процесом дозволили вченим отримати деякі підказки, які стосуються природи цих надзвичайно щільних космічних об'єктів, які, в свою чергу, можуть послужити ключем до розгадок деяких таємниць Всесвіту.
Нейтронна зірка являє собою "недогарок" від звичайної зірки, яка вичерпала запаси свого палива, зруйнувалася під впливом власних гравітаційних сил і як вибухнула наднова зірка. Переважна більшість нейтронних зірок обертаються в досить високою швидкістю, близько 40-50 тисяч обертів у хвилину. Сила магнітного поля перевищує силу магнітного поля Землі в трильйони разів, а матерія нейтронних зірок настільки щільна, що одна чайна ложка такої матерії буде важити на Землі приблизно мільярд тонн.
Нейтронна зірка, про яку зараз піде мова, 1E 2259+586, розташовується на відстані 10 тисяч світлових років від Землі в напрямку сузір'я Кассіопеї. Це одна з приблизно двох дюжин нейтронних зірок, які астрономи називають магнетарами, нейтронними зірками, що мають неймовірно сильне магнітне поле і періодично виробляють неймовірно високоенергетичні викиди рентгенівського випромінювання.
Спостереження за рентгенівськими імпульсами магнетара 1E 2259+586, які проводилися з липня 2011 року по квітень 2012 року, показали, що обертання цього магнетара почало різко сповільнюватися, втрачаючи швидкості один оборот за кожні сім секунд, приблизно вісім обертів за одну хвилину. Дані від 28 квітня 2012 року показали, що час одного обороту зменшилася на 2.2 мільйонні частки секунди і магнетара продовжує сповільнюватися і далі все зростаючими темпами.
"Астрономи зареєстрували сотні випадків, названих парадоксами, пов'язані з раптовим збільшенням швидкості обертання нейтронних зірок. Спостереження раптового уповільнення обертання такої зірки повністю застало нас зненацька" - розповіла Вікторія Кэспи (Victoria Kaspi), професор фізики з університету Макгілла в Монреалі, яка очолює групу, яка займається вивченням магнетаров.
Астрономи назвали цей випадок анти-парадоксом. "Це явище впливає на магнетара точно протилежним чином, ніж впливають ефекти випадків звичайних парадоксів", - розповів Ніл Джехрелс, науковий керівник місії Swift з боку Центру космічних польотів НАСА імені Годдарда.
Внутрішньо будова нейтронних зірок є однією з великих загадок. Наявна теорія стверджує, що зовнішня оболонка нейтронної зірки складається з електронів і іонів різних важких хімічних елементів, але найцікавішим є ядро нейтронної зірки, яке складається з надщільний нейтронної супержидкости, яка є однією з екзотичних форм стану матерії, в якій матерії повністю відсутні сили тертя. Зовнішня оболонка, використовуючи сильне магнітне поле магнитара, виступає в ролі підсилювача потоків високоенергетичного випромінювання і частинок, вивергає ядро нейтронної зірки.
Извергаемое випромінювання відбирає енергію зовнішнього шару нейтронної зірки. Обертання цього шару сповільнюється, що викликає сильне перемішування на кордоні зовнішнього шару і яру зірки, що в свою чергу призводить до уповільнення обертання всієї зірки в цілому. При цьому ламається вся усталена структура зовнішньої оболонки зірки і відбувається парадоксальне явище, що виражається в додатковому "пинке" і прискоренні обертання від взаємодії складних магнітних полів, що виходять в результаті руйнування зовнішньої оболонки.
Все вищесказане відмінно вписуються в існуючу теорію стосовно нейтронних зірок, але процеси, які призводять до раптового уповільнення швидкості обертання зірок, є проблемою, яка не вписується у зазначену теорію.
21 квітня 2012 року, за тиждень до виникнення явища анти-парадоксу, зареєстрованого телескопом Swift, інструмент Gamma-ray Burst Monitor, який перебуває на борту гамма-телескоп Fermi Gamma-ray Space Telescope, зареєстрував викид магнетаром 1E 2259+586 потужного викиду гамма-випромінювання, який тривав всього 36 мілісекунд. Саме ця подія стала причиною, що призвела за собою кардинальні зміни структури нейтронної зірки, яка через деякий час почала стрімко сповільнювати швидкість свого обертання.
"В даному випадку вражає те, що інтенсивна рентгенівська спалах, що є досить поширеним явищем, викликала різке уповільнення магнетара. Тепер ми спостерігаємо за зіркою, швидкість обертання якої сповільнюється швидкими темпами. Ці спостереження дозволять нам визначити, які саме зміни в структурі цієї зірки стали причиною подібної поведінки, адже таке явище ми спостерігаємо настільки детально вперше в історії", - розповідає Роберт Арчібальд (Robert Archibald), аспірант з університету Макгілла, що приймає участь в даних дослідженнях і спостереженнях.
Це відкриття має дуже важливе значення для астрономії та астрофізики, адже воно розкриває подробиці деяких процесів, що відбуваються усередині нейтронних зірок, де матерія стиснута до щільності, що в кілька разів перевищує щільність речовини в ядрах атомів. Такі умови неможливо відтворити в одній лабораторії на Землі, ні навіть в надрах Великого Адронного Коллайдера.