W sercu pozostałości po supernowej RCW103, 10000 lat świetlnych stąd odkryto ciało niebieskie, które nie przypomina niczego co dotychczas astronomowie widzieli. Ostatnie badania dowiodły, że promieniowanie X emitowane z niebieskiego, punktowego obiektu ulega zmianom w cyklu o długości 6,7 godziny. Jest to o wiele za wolno jak na obracającą się młodą gwiazdę neutronową – jej rówieśniczki rotują dziesiątki tysięcy razy szybciej!
W gwiazdozbiorze Węgielnicy (Norma) na niebie południowym, wprowadzonym na karty map przez Francuza Nicolasa Louisa de Lacaille w XVIII wieku, nie znajdziemy jasnych gwiazd. Najjaśniejsza, gamma 2 ma zaledwie 4 mag. Ale jest wiele rzeczy, które są niedostrzegalne przez lornetkę czy nawet dobry teleskop, a skrywają niezwykłe tajemnice. Do takich z pewnością należy pozostałość po Supernowej RCW 103, która wybuchła 2000 lat temu. Odkryto ją niedawno, zaledwie 25 lat temu, a już całkiem do wiadomości z ostatniej chwili należą dane, jakie przesłał nam teleskop XMM-Newton wysłany na orbitę przez Europejską Agencję Kosmiczną.
Wynika z nich, że ten obiekt, a konkretnie niewielkie, niebieskawe ciało znajdujące się w środku nie jest dokładnie tym czym się wydawało na pierwszy rzut oka. Byłby dla nas klasycznym przykładem pozostałości po supernowej gdyby nie długa, 24,5 godzinna inspekcja tego obiektu, która ujawniła coś intrygującego. Otóż zespół z Instituto di Astrofizica Spaziale e Fisca Cosmica (IASF) z Instituzio Nazionale di Astrofisica (INAF) w Mediolanie odkrył, że emisja promieniowania X z obiektu centralnego ulega zmianom w cyklu o długości 6,7 godziny. Jest to okres zadziwiająco długi, dziesiątki tysięcy razy dłuższy niż oczekiwałoby się od młodej, szybko rotującej gwiazdy neutronowej. Jej właściwości także różnią się od tych zaobserwowanych w 2001 roku.
„Takie zachowanie jest niezwykle dziwne biorąc pod uwagę jej młody wiek, mniejszy niż 2000 lat” – stwierdził Andrea De Luca z IASF-INAF, główny autor pracy na ten temat. „Jest to pozostałość gwiazdy mającej za sobą wiele milionów lat historii. Od lat zdawało nam się, ze ten obiekt jest inny, ale dopiero teraz wiemy, jak bardzo”.
Katalogowa nazwa obiektu to 1E161348-5055, ale naukowcy skracają tą nazwę do wygodnego 1E (gdzie E oznacza Obserwatorium Einsteina, które dokonało odkrycia). Leży prawie idealnie w centrum odległej o 10 000 lat świetlnych RCW103. Taka lokalizacja daje duży stopień pewności,że obydwa powstały w tym samym kataklizmie.
Kiedy gwieździe o masie przynajmniej 8 mas Słońca skończy się „paliwo” w postaci materii, która mogłaby podlegać egzoenergetycznym reakcjom termojądrowym eksploduje jako supernowa. Jej jądro się zapada, formując gęsty obiekt zwany gwiazdą neutronową lub, jeśli miała wystarczająco dużą masę – czarną dziurę. Gwiazda neutronowa zawiera materię o masie Słońca stłoczoną w 20-kilometrowej kuli.
„Wyraźne wykrycie tak długiego okresu zmian daje nam 2 możliwości: albo jest to spowodowane akrecją materii, albo bardzo silnym polem magnetycznym” – mówi Patrizia Caraveo z INAF, współautorka pracy i liderka Mediolańskiej Grupy.
1E może być więc odizolowanym magnetarem, należącym do egzotycznej klasy gwiazd neutronowych o bardzo silnym polu magnetycznym, które działa jak hamulec na rotującą gwiazdę, uwalniając jej energię. Znamy tuzin magnetarów, ale nawet magnetary obracają się kilka razy na minutę. Poza tym, jeśli obiekt 1E wykonuje 1 obrót na 6,67 godziny, to pole magnetyczne musiało w ciągu tych 2000 lat spowolnić go o tak dużą wartość, że czyni to tę hipotezę mało prawdopodobną. Jednakże polu magnetycznemu w spowalnianiu magnetara mógł dopomóc dysk pyłowy, uformowany z pozostałości macierzystej gwiazdy. Taki scenariusz jeszcze nigdy nie został zaobserwowany i wskazywałby na nową drogę ewolucji gwiazd neutronowych.
W innym przypadku ten długi, 6,67- godzinny okres może dotyczyć czasu obiegu dookoła siebie składników układu podwójnego. To wymagałoby pozostania normalnej gwiazdy obok zapadającego się jądra supernowej. Musiałaby mieć ona masę ok. 0,5 masy Słońca lub nawet mniejszą.
1E byłby wtedy bezprecedensowym przykładem układu podwójnego o niewielkiej masie, emitującego promieniowanie X w początkowym okresie jego ewolucji, miliony razy młodszym niż podobne lekkie układy podwójne emitujące promieniowanie X. Nie tylko młody wiek jest jedyną osobliwością 1E. Cykliczny okres zmian jest o wiele bardziej wyrazisty niż w przypadku dziesiątków innych układów podwójnych X o niewielkiej masie, co wskazywałoby na odmienny proces połączenia się tych gwiazd mostami materii.
Mógłby to tłumaczyć mechanizm podwójnej akrecji. Mały, gęsty obiekt pochwyca wtedy część wiatru gwiezdnego z białego karła, ale jest też w stanie ściągnąć gaz z jego zewnętrznych warstw, który tworzy dysk akrecyjny. Być może ten ciekawy scenariusz zachodzi w każdym układzie podwójnym X we wczesnych momentach od chwili narodzin.
Giovanni Bignami, dyrektor CESR w Tuluzie stwierdził, że „RCW 103 jest jak enigma”. Według niego „Nie doszliśmy jak na razie do konkluzji w sprawie przyczyny długich cykli zmian promieniowania X. Kiedy nam się to uda, wzrośnie znacząco nasza wiedza o supernowych, gwiazdach neutronowych i ich ewolucji”.
Gdyby gwiazda wybuchła 2000 lat temu na niebie północnym, Kleopatra zobaczyłaby ją i zostałaby uznana za dobry omen albo złą wróżbę, jako rzecze Caraveo. Niestety, eksplozja zdarzyła się na niebie południowym, i nikt nie pozostawił pisemnych wspomnień o niej. Pomimo tego, źródło promieniowania X 1E jest dobrym zwiastunem dla astronomów zajmujących się tym pasmem widma, chcącym się czegoś więcej dowiedzieć o życiu gwiazd.
PaSKud
Ja sie nie znam ale… — … moze ten obiekt jest w ukladzie podwojnym z czarna dziura i przez to zostal tak spowolniony.
A inny moj pomysl: co wiemy o rotacji tzw. gwiazd protonowych – moze to da sie jakos dopasowac?
Rhobaak
Gwiazdy protonowe raczej nie istnieją… — Siła odpychania między protonami jest zbyt duża, obiekt taki nie mógłby być stabilny.
PaSKud
A jednak — Jakis czas temu byl tu artykul w ktorym pisali ze odkryto do tej pory juz kilka takich gwiazd.
Rhobaak
Nie przypominam sobie takiego artykułu, może jakiś link? — Jestem przekonany, że jeśli wystąpiło tam pojęcie „gwiazdy protonowej”, to chyba przez pomyłkę albo jako mało prawdopodobna spekulacja. Jeśli pojęcie to miałoby oznaczać gwiazdę zbudowaną wyłącznie z protonów, to można włożyć je między bajki. Jeśli chodziłoby tylko obiekt z dużą przewagą ładunku dodatniego (rzadki przypadek), to co prawda mógłby przyspieszać elektrony i powodować emisje wysokoenergetycznego promieniowania, ale neutralizacja musiałaby nastąpić dość szybko.
PaSKud
no rzeczywiscie — Prawda jest taka ze od czasu gdy o tym czytalem musiala zajsc zmiana w wiedzy na ten temat poniewaz wszystkie informacje jakos poznikaly, ale daja sie znalezc jakies pojedyncze posty na ten temat. niestety zadnych konkretow. byc moze pamiec mnie zawodzi i chodzilo o gwiazde preonowa o ktorej mozna przeczytac tu http://en.wikipedia.org/wiki/Preon_star i tu http://en.wikipedia.org/wiki/Exotic_star ale nic wiecej nie udaje mi sie znalezc. z fizyki jestem kiepski wiec nie bede sie klocil.
©Rasz
jedna / 1835-ta, do kwadratu… — Wymieniając przesłanki, które skłaniają mnie do wyrażonego onegdaj sądu, iż: obiekt kosmiczny, określany zwyczajowo jako gwiazda neutronowa, będzie dążył do uzyskania pokaźnego ładunku dodatniego – opisałem to powyżej dosyć skrótowo, pozostawiając domyślności czytelnika – jak mi się teraz wydaje – nieco zbyt wiele. Choć jednak, z drugiej strony: samodzielne rozpatrzenie różnorakich konsekwencyj, i prześledzenie szerokiej palety zjawisk lokalnych – mogłoby stanowić ciekawe wyzwanie dla wyobraźni, i fizycznej intuicji każdej osoby interesującej się zbliżonymi modelami… Zachęcam do takiej myślowej gimnastyki!
Natomiast dla tych osób, które moje wcześniejsze argumenty przyjęły z daleko idącym sceptycyzmem, dodam jeszcze garść wyjaśnień. Otóż, jak sądzę: każda NS będzie dążyć do swej, że się tak wyrażę: protonizacji – czyli uzyskania znaczącego ładunku dodatniego. Siła owego dążenia wynikać będzie z dwóch podstawowych czynników:
1. Proporcji mas elektronu, do innych, dodatnio naładowanych cząstek (głównie protonów).
2. Długości fali, reprezentującej owe cząstki. Tak jak masa elektronu stanowi ca 1 / 1835-tą masy protonu, tak też długość fali materii, odpowiadająca masie protonu, jest w stosunku do „elektronowej” – odpowiednio mniejsza. W efekcie tego mniejszy jest też przekrój czynny (a w związku z tym: prawdopodobieństwo), na zderzenia z fotonami, oraz – co równie istotne: inaczej przedstawia się przekazywanie energii w takich zderzeniach. A to oznacza, że ogólne ciśnienie, jakie wywierać będzie fotonowa ulewa – na elektrony, będzie znacznie wyższe, niż w przypadku protonów (tudzież szerzej: jonów [dodatnich]). Jako że owa ulewa skierowana jest (średnio rzecz ujmując) od środka dysku – na zewnątrz, tedy i w takim właśnie kierunku będzie ona rozdmuchiwać elektrony – wszak bardziej na nią podatne, niż protony, czy też inne, dodatnio naładowane, a przy tym: znacznie (od leptonów) cięższe jony…
Oznacza to, że w każdym procesie jednostkowym będziemy mieli dla porównania protonu vs elektron, do czynienia z różnicą oddziaływania o wielkości 1835^2 (do kwadratu). Jednak aby przekonać się, jakie makroskopowe różnice potencjałów to wygeneruje – potrzebne jest już dosyć złożone modelowanie tych zjawisk. Tym niemniej spodziewać się można napięć rzędu dziesiątek tysięcy volt na każdy… metr bieżący (promienia dysku akrecyjnego). A że typowe jego rozmiary liczymy zazwyczaj w j.a. – tedy przemnóżcie sobie owe tysiące volt (na metr!) przez tysiąc (metrów na kilometr), a następnie przez setki milionów kilometrów i… oto mamy całkiem sporą liczbę, czyż nie?
Zaś gwarantem zachowania takiego godziwego naładowania całości – jest potężne pole magnetyczne, które nie pozwoli na to, aby elektrony ot, tak sobie po prostu, i bez zawijasów – mogły pomknąć w samo centrum owego galimatiasu… I tu właśnie jest pies pogrzebany…
©Rasz
„Małe ciemne” znowu rozjaśnia! — Kol. PaSKud pisze:
A (…) co wiemy o rotacji tzw. gwiazd protonowych (…)? –
Ta joj! Dyć o gwiazdach protonowych pisałem (bodajże) tylko JA!! – a było to – nooo, ładnych parę lat temu… Artykuł ukazał się w Astronomii.pl – i od tej pory nigdzie się nie zetknąłem z innym materiałem o tychże, ani nawet nie wyczaiłem jakiegokolwiek napomknięcia o tym, iż ktoś-gdzieś jeszcze zakłada istnienie takowych… Ale tak co do ich jakiegoś ekstraordynaryjnego spinu – to… nie sądzę. No, ale pewności mieć nie mogę. Jednak w opisanym przypadku obstawiałbym to, że trzeba zrobić po prostu sporo dodatkowych pomiarów (czyt: godzin obserwacji na dobrym, wysokorozdzielczym sprzęcie). A wtedy wyjdzie jak w banku, że (cytuję za treścią news’a:
– ten długi, 6,67- godzinny okres może dotyczyć czasu obiegu dookoła siebie składników układu podwójnego. (koniec cyt~u) – zaś każdy ze składników wiruje wokół własnej osi tak, jak papa Einstein przykazał… A jedynie silniejsza pulsacja wynikła z wzajemnego obiegu – „przesłoniła” sobą słabsze oscylacje milisekundowe.
Dalej PaSKud usiłuje sobie przypomnieć:
– Jakis czas temu (…) pisali ze odkryto do tej pory juz kilka takich gwiazd.
– a-nie-nie! Zapewne pomyliłeś z gwiazdami kwarkowymi (jak sądzę: to bardziej prawdopodobne, niż możliwość zaplątania się z jakąś-tam gwiazdą preonową…)
Co do wątpliwości Rhobaak’a (hm, x. Robak?), usiłującego zgadnąć:
– Jeśli pojęcie to miałoby oznaczać gwiazdę zbudowaną wyłącznie z protonów, to …
– oczywiście: NiE !!! – gdy użyłem tego terminu, to chodziło mi onegdaj jedynie o zaznaczenie, iż nie ma powodu oczekiwać, iż odpowiedni obiekt (uważany za gwiazdę neutronową ) będzie się składał wyłącznie z neutronów – bo niby: czemu? W utrzymaniu równowagi ciśnienie / temperatura / grawitacja – nie musiałby być czynnikiem podstawowym zdegenerowany gaz neutronowy, tudzież wytwarzane przez niego – ciśnienie. Obecność protonów daje dodatkowe możliwości dla działania szerszych wariacji zakazu Pauliego, – tudzież oczywiście odpychanie elektrostatyczne, pomiędzy protonami (precyzując: pewnym nadmiarem protonów…).
No, ale jakoś pomysły nikt nie podchwycił, choć wskazywałem na baAardzo znaczące konsekwencje istnienia takich obiektów…
Fallen
jeśli — taka gwiazda składałaby się z mieszaniny neutronów i protonów to można by przyjąć, że jest jednym wielkim jądrem atomowym 😉 Nowy pierwiastek o liczbie atomowej… jak wielkiej? Ile mogłoby być protonów?
Rhobaak
Raczej nie… — Jądro atomowe jest utrzymywane za pomocą silnego oddziaływania jądrowego, a nie grawitacji, jak w przypadku gwiazd neutronowych.
Rhobaak
We wszechświecie większość obiektów jest elektrycznie obojętna — W tym przypadku nagromadzenie ładunku dodatniego powodowałoby przyciąganie elektronów z otaczającej przestrzeni i zamiany nadmiarowych protonów w neutrony, aż w końcu mielibyśmy zwykłą gwiazdę neutronową. Nie wiem, ile czasu mógłby trwać taki proces, ale z pewnością bardzo krótko w skali kosmicznej. Można chyba założyć, że każda gwiazda neutronowa ma na początku jakąś znikomą domieszkę protonów.
Fallen
hm — Zastanawia mnie taki fakt, co sprawia, że gwiazda neutronowa jest trwała, skoro okres połowicznego rozpadu swobodnych neutronów to około 14 minut…? W jądrze przeciwdziałają temu siły jądrowe, a w gwiazdach neutronowych grawitacja? Na jakiej podstawie wiemy że ściśnięta gwiazda składa sie z neutronów?
Rhobaak
Nie jestem specjalistą, ale… — …rozpadowi neutronów w gwieździe neutronowej przeciwdziała chyba zakaz Pauliego – kiedy wszystkie stany energetyczne dla elektronów są obsadzone, rozpad nie może juz nastepować.
©Rasz
Tak, a nawet – NiE… — Onegdaj (gdzieś tak w XVII-tym stuleciu) francuska Akademia Nauk przyjęła uchwałę, w myśl której postanowiono nie prowadzić żadnych badań „doniesień o kamieniach, rzekomo spadłych z nieba” – albowiem „jeśli jakieś kamienie by tam były, to już dawno by wszystkie pospadały…”
No cóż, uzasadnienie – że się tak wyrażę: jasne, proste, i… przekonujące. Podobnie z owym ” przyciąganiem elektronów z otaczającej przestrzeni” – baAardzo… elementarne! Tak bardzo, że już niewielu chciałoby się temu procesowi przyjrzeć nieco dokładniej. A (jak twierdzę uparcie) – jest czemu!
Niestety mój artykuł w A…pl’u – nie jest już dostępny, nie mogę więc odesłać do owego dość obszernego omówienia, a krótko, i szybko – przedstawić się tego nie da. Bowiem sprawa wymaga dość drobiazgowej dyskusji najróżniejszych, lokalnych efektów, z przywołaniem danych liczbowych, oraz praktyki laboratoryjnej – a na to wszystko nie ma tu raczej miejsca. Ale postaram się dać pewien skrótowy przegląd ważkich przesłanek…
Przesłanka 1-sza: W dostatecznie bliskości od NS (gwiazdy neutronowej) materia jest tak silnie bombardowana wysokoenergetycznym promieniowaniem, iż zachodzi jej (mniejsza, lub większa) jonizacja. Ulewa promieniowania krótkofalowego jest na tyle silna, iż w zasadzie nie może być mowy o tym, aby w bezpośrednim zasięgu oddziaływania NS, w dysku akrecyjnym, krążyły jakiekolwiek atomy neutralne, z kompletną powłoką elektronową.
Przesłanka 2-ga: W bliskim sąsiedztwie NS materia porusza się szybko, a nawet – baAardzo szybko. Przy czym – w przeważającej masie: ruch odbywa się w sposób uporządkowany, głównie – w ramach dysku akrecyjnego.
3. – Gwiazdę neutronową otacza (jak zapewne wie to większość czytelników AstroNews’ów) otacza niezwykle silne pole magnetyczne. Stabilnych pól o tak wielkim natężeniu – nie jesteśmy w stanie wytwarzać w naszych najlepszych laboratoriach! – co najwyżej w sposób impulsowy, na ułamki milisekund. Tak na marginesie: gdybyśmy umieli, to droga do świętego Graala światowej energetyki, kontrolowanej fuzji termojądrowej – stanęła by dla nas otworem… A przecież jest to chyba najważniejsze (jasno i bezpośrednio sformułowane) „zamówienie” – skierowane do fizyki, przez dzisiejszy świat: tanie, i praktycznie niewyczerpalne źródło energii…
po 4-te: cząstki obdarzone ładunkiem elektrycznym, poruszając się w polu magnetycznym – są przez owo pole odchylane. Zaś gdy są w dodatku przyspieszane – to muszą wytwarzać napięcie elektryczne.
– i… już! Oto podstawowe przesłanki. Z rzeczy praktycznych – warto jeszcze gdzieś znaleźć ilustrację tego, jak porusza się plazma wewnątrz tokamaka. Jeśli ktoś wyszpera – byłbym niezwykle wdzięczny za wrzucenie tu sznureczka (linku). Bardzo to ułatwi przyswojenie sobie złożonego dość ruchu cząstek – w dysku akrecyjnym wokół NS – bowiem jest on (wg przeprowadzonej przeze mnie analizy) bardzo podobny!
A teraz, z garści powyższych, raczej mało kontrowersyjnych spostrzeżeń – wyciągnąć nam przyjdzie wnioski – niezbyt już łatwe do przetrawienia. Bo:
A. W takich warunkach musi nastąpić wyraźna separacja ładunków elektrycznych dodatnich, i ujemnych. Gdyż:
B. o ile jony dodatnie będą obiegać NS w kierunku (dajmy na to) prawoskrętnym, to ładunki ujemne – wręcz przeciwnie, muszą wtedy krążyć lewoskrętnie!
Co więcej: swobodne (lub też prawie swobodne) elektrony mają znacznie większy od takich choćby protonów, przekrój czynny na zderzenia z fotonami. Dlatego też ich zachowanie, w tych warunkach – odbiegać będzie od trajektorii typowych dla protonów, czy też ciężkich jonów!
Dokładniejsze przyjrzenie się wielorakim siłom, i zawirowaniom, działającym na cząstki -/+ wskaże, iż powinny one (zapewne!) formować coś na kształt warkoczyków, czy też obiegać się nawzajem, na podobieństwo podwójnej helisy DNA – i dopiero w formie takiej gęstej, posiadającej wątek i osnowę tkaniny – będą się splatać razem w dysk akrecyjny… Co więcej:
C. – w takim dysku powinny, w związku z tym, pojawiać się pewne orbity dozwolone, tudzież zabronione… A to oznacza, że powinien on mieć bardzo wyrazistą, porozdzielaną strukturę, nazwijmy ją: pasmową. Nieco podobnie do bohrowskiego modelu atomu wodoru. Co – jak myślę – jest baAardzo ciekawe, a i inspirujące – takoż…
No, może na dziś – wystarczy. Z góry przepraszam za ewentualne opóźnienia w kolejnych wyjaśnieniach, ale ostatnio – bywam w sieci tylko od wielkiego dzwonu.