První mapa povrchu neutronové hvězdy: obsahuje překvapivě nepravidelně rozmístěné regiony s vyšší teplotou

16. 12. 2019

Neutronové hvězdy ISS Hvězdy

Za pomoci teleskopu NICER umístěného na ISS se vědcům podařilo získat první přesná měření velikosti a hmotnosti neutronové hvězdy. Navíc teleskop dokázal detekovat hotspoty na povrchu, čímž vznikl první náznak mapy tohoto druhu hvězd. Rozložení těchto regionů s teplotami v milionech stupňů vědce překvapilo.

Neutronová hvězda, magnetické pole

Simulace možného rozložení magnetického pole neutronové hvězdy J0030+0451.

Image credit: NASAs Goddard Space Flight Center

Pulzar
Rotující neutronové hvězdy, které naším směrem vysílají proudy radiace vycházející z jejich pólů, se jeví jako pulzující hvězdy. Pulzary mají pravidelnou a specifickou periodu rotace a mohou být využívány k orientaci sond ve vesmíru. 

Rentgenový pulzar
Některé neutronové hvězdy vydávají rentgenové záření. Jedná se zpravidla o binární systémy, kde neutronová svou gravitací vysává materiál ze svého souseda. Tento materiál vytváří akreční disk kolem neutronové hvězdy. Čím blíž, tím rychleji rotuje a více se zahřívá, a to až do extrémních teplot, kdy dochází k emisi rentgenového záření.

Milisekundový pulzar
Neutronové hvězdy, které se kolem svojí osy otočí za kratší dobu, než je 10 milisekund jsou označovány jako milisekundové. Vědci předpokládají, že se jedná o hodně staré neutronové hvězdy, které v průběhu svojí existence zrychlily svou rotaci. Pravděpodobnou příčinou zrychlení je pohlcování rychle rotujícího materiálu z disku kolem hvězdy.

Pavoučí pulzary
Binární systémy, kde je sekundární hvězda částečně degenerovaná, jsou označovány jako pavoučí (spider pulsars). Pokud je sekundární hvězda menší než 0,1 slunečních hmotností, je primární neutronová hvězda označena jako černá vdova.

Magnetar
Magnetar je neutronová hvězda s extrémně silným magnetickým polem, které dosahuje až k 1011 tesla. I tyto hvězdy rotují vysokou rychlostí.

Zkoumaná neutronová hvězda je pulsar J0030+0451 ve vzdálenosti 1 100 světelných let, jde o jednu z nejbližších známých hvězd tohoto druhu. Podobně jako ostatní pulsary velmi rychle rotuje: kolem svojí osy se otočí 205x za sekundu. Podle nových měření má J0030+0451 1,3-1,4 hmotnosti Slunce a jen něco málo přes 25 kilometrů v průměru. Na těchto výsledcích se shodli dva vědecké týmy, které k nim došly odlišnými postupy.

Dlouhá léta se vědci snaží pochopit fungování neutronových hvězd. Pulsary mají extrémně silné magnetické pole, které s sebou strhává subatomární částice z povrchu a po magnetických siločarách je směruje zpět na povrch. V místech dopadu těchto částic vznikají hotspoty s extrémně vysokými teplotami, které silně září v rentgenovém spektru. V nejjednodušším modelu jsou tyto hotspoty dva - na severním a na jižním pólu.

Když se vědci pokusili sestavit podobu hotspotů na povrchu hvězdy, která by odpovídala detekovaným rentgenovým paprskům, vyšli jim dva nebo tři regiony na jižní polokouli. To je poměrně překvapivé, protože se u neutronových hvězd obecně očekávala jednodušší struktura magnetických polí.

Možná podoba povrchu neutronové hvězdy