Teleskop na ISS detekoval rekordní rentgenový záblesk, vznikl při interakci pulzaru a hnědého trpaslíka

14. 11. 2019

Neutronové hvězdy ISS Hnědý trpaslík

Teleskop NICER umístěný na Mezinárodní vesmírné stanici ISS detekoval v srpnu náhlý nárůst rentgenového záření. Bylo to způsobeno zábleskem, který přišel od vzdáleného pulzaru - rotující neutronové hvězdy, která s pravidelnou periodou bliká. Záblesk byl zatím nejsilnější, který byl tímto teleskopem zachycen, navíc v sobě kombinuje několik různých úkazů, které dříve nikdy nebyly pozorovány pohromadě.

Neutronová hvězda, pulzar

Image credit: NASAs Goddard Space Flight Center/Chris Smith (USRA)

Neutronové hvězdy jsou malé hvězdné objekty dosahující průměru do zhruba 20 kilometrů, které však mají vysokou hmotnost a tedy i hustotu. Vznikají v supernovách na konci života hvězd hlavní posloupnosti, jejichž hmotnost se pohybuje mezi 10 a 30 Slunci (z menších objektů vznikají bílí trpaslíci a z větších černé díry). Hmotnost neutronové hvězdy se pohybuje mezi 1,4 - 2,1 hmotnostmi Slunce. Nejrychleji rotující neutronová hvězda PSR J1748-2446ad se kolem svojí osy otočí více než 700x za sekundu.

Typy neutronových hvězd
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 se 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.

Pulzar J1808
Pulzar SAX J1808.4-3658 (zkráceně J1808), od kterého záblesk přišel, se nachází asi 11 000 světelných let daleko. Během jediné sekundy se kolem svojí osy otočí 401x. Kolem této neutronové hvězdy obíhá ještě malý hnědý trpaslík - objekt, který je příliš masivní na planetu, ale zároveň moc malý na hvězdu. 

Právě hnědý trpaslík na oběžné dráze zřejmě stojí za detekovaným zábleskem. Neutronová hvězda, která má pravděpodobně hmotnost srovnatelnou se Sluncem avšak v průměru pouhých pár desítek kilometrů, z něj vysává materiál, který se usazuje v akrečním disku. 

Exploze
Animace exploze:

Vodík, který tvoří většinu atmosféry hnědých trpaslíků, při dopadu na povrch neutronové hvězdy zažehává termojadernou reakci, ve které vzniká helium, jež vytváří samostatnou vrstvu na povrchu hvězdy. Jakmile je tato vrstva několik metrů silná, helium začne fúzovat v uhlík a hvězda se stává nestabilní.

Exploze, která za zábleskem rentgenového záření stála, byla způsobena erupcí helia napříč povrchem pulzaru. Zachycená intenzita exploze byla proměnlivá, což bylo podle vědců způsobeno nárůstem energie v této spodní vrstvě, která nakonec vyhodila horní vrstvu vodíku do okolí hvězdy.

Událost, kterou vědci označují jako Type I X-ray burst, uvolnila do vesmíru během 20 sekund energii jakou uvolní Slunce za 10 dní. V následujících týdnech byl detekován další záblesk rentgenové radiace, který už byl ale poměrně slabý.

NICER
Teleskop NICER (Neutron Star Interior Composition Explorer), který záblesk detekoval, je umístěný na Mezinárodní vesmírné stanici od roku 2017. Jeho úkolem je zkoumat právě neutronové hvězdy, jejich složení a bezprostřední okolí.