Gwiazdy neutronowe, choć są tylko pozostałością po masywnej gwieździe, nie są całkowicie martwe. Obiekty tego typu znajdujące się w układach podwójnych z normalnymi gwiazdami, choć są od nich mniejsze, to grawitacyjnie silniejsze, przez co bardzo często są w stanie odzierać swoje towarzyszki z materii. Nadmiar gazu bogatego w wodór i hel oderwany z najbardziej zewnętrznych warstw gwiazdy stopniowo opada po spirali na taką gwiazdę neutronową. Zazwyczaj proces ten trwa kilkanaście godzin czy dni. W pewnym momencie jednak na powierzchni gwiazdy neutronowej gazu zbiera się na tyle dużo, że dochodzi do zapłonu reakcji termojądrowej, która trwa od 10 do 100 sekund. W następującej po nim eksplozji dochodzi do rozbłysku promieniowania rentgenowskiego typu I, który jest jednym z najjaśniejszych rozbłysków w przestrzeni kosmicznej. Kosmiczne teleskopy obserwują tego typu rozbłyski regularnie.
Czytaj także: Gwiazdy neutronowe mają “góry”. Aż trudno uwierzyć, jaka jest ich wysokość
Dlaczego gwiazdy neutronowe tak silnie błyskają w zakresie promieni X
Rozbłysk na powierzchni tak specyficznego obiektu jest według badaczy napędzany przez reakcję jądrową, w której dochodzi do szybkiego wychwytu protonów przez nuklidy (tzw. proces rp). Dokładne poznanie przebiegu reakcji i źródła rozbłysków wymaga jednak od badaczy zrozumienia nuklidów, w których brakuje neutronów. Jednym z głównych, egzotycznych nuklidów jest tutaj german-64. Z tego też powodu naukowcy z Instytutu Fizyki Nowoczesnej (IMP) Chińskiej Akademii Nauk postanowili wykonać precyzyjne pomiary masy nuklidów w bezpośrednim otoczeniu germanu-64. Tylko w ten sposób możliwe będzie lepsze zrozumienie rozbłysków rentgenowskich, ale także i właściwości gwiazd neutronowych.
Lepiej powiedzieć, niż zrobić
Naukowcy zwracają uwagę na fakt, że w eksplozji tego typu powstaje bardzo mało nuklidów, które na dodatek istnieją bardzo krótko. Zmierzenie ich masy stanowi zatem spore wyzwanie. Nic zatem dziwnego, że opracowanie zupełnie nowej techniki ultraprecyzyjnej spektrometrii mas zajęło badaczom ponad dekadę. Dzięki opracowanej technologii izochronicznej spektrometrii masowej Bρ-IMS można teraz z łatwością marzyć masę krótkotrwałych nuklidów. Jak wskazują badacze, pozwoliła ona zmierzyć masę pojedynczego nuklidu w ciągu milisekundy po jego powstaniu.
Pierwsze testy metody są obiecujące. Badacze byli w stanie stosunkowo szybko zmierzyć masy arsenu-64, arsenu-65, selenu-66, senelu-67 oraz germanu-63. Następnie dane te zostały wprowadzone do obliczeń w modelu rozbłysku rentgenowskiego powstającego na powierzchni gwiazdy neutronowej. Tutaj jednak kończy się rola teorii.
Wyniki obliczeń modelu porównano następnie z danymi obserwacyjnymi rozbłysku rentgenowskiego GS 1826-24. W efekcie udało się ustalić, że odległość gwiazdy neutronowej od Ziemi należy skorygować o 6,5 proc. w górę, a współczynnik grawitacyjnego przesunięcia ku czerwieni na powierzchni gwiazdy należy obniżyć o niecałe 5 proc. Mówi nam to, że gęstość tej akurat gwiazdy neutronowej jest niższa niż się spodziewano.
Jak się zatem okazało, można badać właściwości gwiazd neutronowych oraz ich aktywności wychodząc od pomiaru masy pojedynczych nuklidów egzotycznych pierwiastków.
