Pewna dziwna gwiazda w centrum Drogi Mlecznej jest jak kurczak, który po prostu nie chce się rozmrozić. Gwiazda zdumiewa naukowców z MIT swoją znacząco niską temperaturą. Jej dziwne zachowanie zagraża obecnej teorii fizyki gwiazd.
O długotrwałej eksplozji gwiazdy neutronowej zwanej KS 1731-260 było już głośno, a jednak nie wydaje się ona gorętsza niż jej spokojni kuzyni. Mimo że na tym szerokim zaledwie na kilka kilometrów terenie zachodziły w każdej sekundzie przez ostatnie 12 lat ciągłe eksplozje termonuklearne z siłą miliarda bomb wodorowych, temperatura gwiazdy zmieniła się stosunkowo nieznacznie.
Na tym wykonanym przez Chandrę zdjęciu widać gwiazdę neutronową KS 1731-260, której temperatura jest znacząco niska mimo 12 lat ciągłego bombardowania gorącym gazem pochodzącym z towarzyszącej gwiazdy, tu niewidocznej. Obecnie niewyraźna, KS 1731-260 jest widoczna na tym zdjęciu jako słaby niebieski obiekt lekko powyżej środka tego obrazu.
Dr Rudi Wijnands, astrofizyk w Centrum Badań Kosmicznych przy MIT, przy pomocy teleskopu rentgenowskiego Chandra zmierzył temperaturę opisywanej gwiazdy neutronowej w bardzo dogodnym momencie: tylko parę miesięcy po zakończeniu „wojny nuklearnej” na jej powierzchni, kiedy to dopiero co rozwiał się dym. Osiągnięcia swojej grupy przedstawił on 5 września w Waszyngtonie na konferencji naukowej „Dwa lata badań z Chandrą”.
„Dwanaście lat ciągłych eksplozji termonuklearnych, można by pomyśleć, że to podgrzeje temperaturę” – mówi Wijnands. – „Teraz pozostaje nam zastanawiać się, czy niektóre gwiazdy neutronowe nie pozostają zmrożone przez dużo dłuższy okres czasu niż się do tej pory wydawało i w konsekwencji wymagają dłuższego czasu, żeby się ogrzać. Albo też ich tempo oziębiania się jest znacznie szybsze. Oba wyjaśnienia mają w naszej dziedzinie nauki znaczące konsekwencje.„
Gwiazdy neutronowe to gęste pozostałości jąder gwiazd kilka razy cięższych niż Słońce. Powstają na skutek wybuchu supernowej, kiedy zewnętrzna powłoka gwiazdy eksploduje a jądro, mniej więcej o masie Słońca, imploduje i zapada się tworząc kulę nie większą niż Cambridge w Massachusetts, gdzie przeprowadzono te badania.
Mimo ich małych rozmiarów, jest kilka sposobów, żeby zobaczyć gwiazdę neutronową. Jednym z nich jest akrecja. Gwiazda neutronowa jest źródłem silnego pola grawitacyjnego. Jeżeli jest częścią układu podwójnego gwiazd, co dotyczy także KS 1731-260, może przyciągać gaz ze zwykle „normalnego”, spalającego wodór towarzysza (natura towarzysza KS 1731-260 nie jest jeszcze jasna). Wokół gwiazdy tworzą się spirale gazu, który opada na powierzchnię gwiazdy powodując eksplozje nuklearne. Proces ten można zaobserwować w promieniach X.
Gwiazdy neutronowe mogą doświadczyć różniących się okresem trwania okresów aktywnej akrecji. Szczególnie długi był okres aktywności KS 1731-260, który trwał od połowy 1988 do końca 2000 roku. Inne gwiazdy są aktywne co tydzień, co rok. Kiedy okres aktywności się kończy, gwiazdy te są bardzo trudne do wykrycia.
Rozdzielczość Chandry, jej moc i zakres energii umożliwiają teleskopowi wykrycie słaboświecących gwiazd w spoczynku. Od rozpoczęcia działalności Chandry, KS 1731-260 jest pierwszą gwiazdą neutronową, która po tak długim okresie akrecji weszła w fazę spoczynku. W innych systemach okres akrecji trwa krótko i nikt nie oczekuje dużych zmian temperatury.
Obserwacje Chandry po raz pierwszy stworzyły szansę na wypróbowanie teorii podgrzewania się i oziębiania gwiazd neutronowych w systemach o tak długim okresie akrecji. KS 1731-260 okazała się co najmniej 10 razy zimniejsza niż oczekiwano, błąd był rzędu około 3,5 miliarda stopni. Gwiazda miała temperaturę taką samą jak po okresie tygodnia do miesiąca aktywności. Temperatura KS 1731-260 wydaję się dużo za niska.
A co stało się z ciepłem? Istnieją skomplikowane modele wykorzystujące neutrina, aby wyjaśnić nagły spadek temperatury. Albo może KS 1731-260 była bardzo zmrożona przed 1988 rokiem i 12 lat aktywności pozwoliło jej tylko osiągnąć temperaturę jaką ma dzisiaj.
Jak wyliczył Wijnands, według popularnego modelu zmian temperatury gwiazdy neutronowej, KS 1731-260 musiałaby być w spoczynku przez ponad tysiąc lat aby mimo 12 lat akrecji osiągnąć tylko swoją obecną temperaturę.
„Nie znamy gwiazd neutronowych w tak bliskich układach podwójnych, które byłyby w spoczynku przez dłużej niż 100 lat – mówi Walter Lewin, profesor fizyki na MIT. – „Możliwe, że właśnie odkryliśmy nowy typ systemu gwiazd neutronowych, który może być nieaktywny przez tysiące lat. Jeśli to prawda, takich systemów może być w naszej Galaktyce tysiące.
Następnym zadaniem Chandry będzie zmierzenie temperatury kilku innych gwiazd neutronowych wykazujących inne fazy aktywności i spoczynku.
