Życie pulsara, czyli od przygaszenia do rekordowego blasku
Jeszcze w 2021 roku P13 była ledwo dostrzegalna dla najczulszych teleskopów. Stan ten zaczął się zmieniać w 2022 roku, a do 2024 roku jej jasność wzrosła do poziomu przekraczającego setki razy poprzednie minimum. To ekstremalne przejście z trybu uśpienia w stan wysokiej aktywności stanowi wyzwanie dla dotychczasowych modeli. Gwiazdy neutronowe stanowią niezwykłe pozostałości po supernowych, gdzie masa przewyższająca Słońce zostaje ściśnięta w kulę o średnicy zaledwie kilkunastu kilometrów. P13 wiruje z oszałamiającą prędkością, wykonując pełny obrót wokół własnej osi w czasie krótszym niż pół sekundy. Ta ekstremalna rotacja jest kluczowym elementem całej układanki.
Czytaj też: Kometa 3I/ATLAS okazała się gościem z głębi galaktyki. NASA pokazała niezwykłe zdjęcia kosmicznego wędrowca
Źródłem energii dla tak potężnych rozbłysków jest proces akrecji nadkrytycznej. W dużym uproszczeniu, gaz z pobliskiej gwiazdy towarzyszącej jest nieustannie przyciągany przez potężną grawitację pulsara. Materia ta nie opada jednak równomiernie. Potężne pole magnetyczne gwiazdy neutronowej kieruje ją w stronę biegunów magnetycznych, tworząc tam niezwykle gorące i gęste struktury zwane kolumnami akrecyjnymi. To właśnie w tych kolumnach generowana jest lwia część obserwowanego promieniowania rentgenowskiego. Mimo że ogólny zarys procesu jest znany, fizycy od dawna głowią się nad szczegółami. Co decyduje o nagłych zmianach tempa opadania materii i związanej z tym zmienności jasności?
Przełomowa analiza danych z czterech teleskopów kosmicznych
Zespół badawczy pod kierownictwem Mariny Yoshimoto przeanalizował dane obserwacyjne z lat 2011-2024, pochodzące z teleskopów XMM-Newton, Chandra, NuSTAR i NICER. Badania opublikowane w The Astrophysical Journal Letters ujawniły kluczową zależność. Okazało się, iż w okresie ponownego rozjaśniania, tempo przyrostu prędkości obrotowej gwiazdy podwoiło się i utrzymywało na podwyższonym poziomie. To bezpośredni dowód na ścisły związek między jasnością a rotacją obiektu. Sugeruje to, że w czasie fazy przygaszenia doszło do fundamentalnej przebudowy całego układu akrecyjnego. Naukowcy proponują wyjaśnienie: zmienna wysokość kolumn akrecyjnych. Wyższe kolumny pozwalają na szybszy opad większej ilości materii, co jednocześnie zwiększa jasność i przekazuje gwieździe większy moment pędu, przyspieszając jej wirowanie.
Dlaczego to odkrycie ma znaczenie?
Obserwacje P13 to coś więcej niż kolejny wpis do katalogu ciekawych zjawisk. Gwiazdy neutronowe są naturalnymi laboratoriami fizyki ekstremalnej, oferującymi warunki nieosiągalne na Ziemi – kolosalne pola magnetyczne, niewyobrażalną grawitację i temperatury liczone w milionach stopni. W pełni satysfakcjonujące zrozumienie procesu akrecji nadkrytycznej pozwoliłoby lepiej modelować ewolucję układów podwójnych oraz przewidywać zachowanie podobnych obiektów.
Ma to też znaczenie dla zrozumienia granicy między gwiazdą neutronową a czarną dziurą. Istnieje teoretyczny limit masy, po którego przekroczeniu gwiazda neutronowa zapada się, tworząc osobliwość. Monitorowanie tempa, w jakim obiekty takie jak P13 przybierają na wadze, przybliża nas do określenia, gdzie dokładnie przebiega ta granica. P13 pozostaje pod czujną obserwacją. Kolejne lata mogą przynieść dane, które zweryfikują obecne założenia lub – co równie prawdopodobne – postawią przed naukowcami kolejne pytania.