5 października 2020 r. szybko obracające się zwłoki dawno zmarłej gwiazdy znajdującej się około 30 000 lat świetlnych od Ziemi zmieniły prędkość. W kosmicznej chwili jego wirowanie zwolniło. A kilka dni później nagle zaczął emitować fale radiowe.

Dzięki terminowym pomiarom z wyspecjalizowanych teleskopów orbitalnych, astrofizyk z Rice University Matthew Baring i jego współpracownicy byli w stanie przetestować nową teorię na temat możliwej przyczyny rzadkiego spowolnienia SGR 1935+2154, wysoce magnetycznego rodzaju gwiazda neutronowa zwana magnetarem.

W badaniu opublikowanym w tym miesiącu w Astronomia przyrody, Baring i współautorzy wykorzystali dane rentgenowskie z XMM-Newton (XMM-Newton) Europejskiej Agencji Kosmicznej oraz Neutron Star Interior Composition Explorer (NICER) NASA do analizy rotacji magnetara. Pokazali, że nagłe spowolnienie mogło być spowodowane pęknięciem przypominającym wulkan na powierzchni gwiazdy, które wyrzuciło w przestrzeń „wiatr” masywnych cząstek. Badania wykazały, w jaki sposób taki wiatr może zmienić pola magnetyczne gwiazdy, warunki zasiewu, które prawdopodobnie włączyłyby emisje radiowe, które zostały następnie zmierzone przez chiński teleskop sferyczny o średnicy pięćset metrów (FAST).

„Ludzie spekulowali, że gwiazdy neutronowe mogą mieć odpowiednik wulkanów na swojej powierzchni” – powiedział Baring, profesor fizyki i astronomii. „Nasze odkrycia sugerują, że tak może być i że w tym przypadku pęknięcie miało miejsce najprawdopodobniej na biegunie magnetycznym gwiazdy lub w jego pobliżu”.

SGR 1935+2154 i inne magnetary są rodzajem gwiazdy neutronowej, zwartymi pozostałościami martwej gwiazdy, która zapadła się pod wpływem silnej grawitacji. Szerokie na około kilkanaście mil i gęste jak jądro atomu magnetary obracają się raz na kilka sekund i charakteryzują się najbardziej intensywnymi polami magnetycznymi we wszechświecie.

Magnetary emitują intensywne promieniowanie, w tym promieniowanie rentgenowskie i sporadyczne fale radiowe i promienie gamma. Astronomowie mogą wiele rozszyfrować na temat niezwykłych gwiazd na podstawie tych emisji. Na przykład, zliczając impulsy promieniowania rentgenowskiego, fizycy mogą obliczyć okres rotacji magnetara, czyli czas potrzebny na wykonanie jednego pełnego obrotu, tak jak robi to Ziemia w ciągu jednego dnia. Okresy rotacji magnetarów zwykle zmieniają się powoli, a spowolnienie o jeden obrót na sekundę zajmuje dziesiątki tysięcy lat.

Zakłócenia to nagłe wzrosty prędkości obrotowej, które są najczęściej spowodowane nagłymi przesunięciami w głębi gwiazdy, powiedział Baring.

„W przypadku większości zakłóceń okres pulsacji skraca się, co oznacza, że ​​gwiazda obraca się nieco szybciej niż wcześniej” – powiedział. „Podręcznikowe wyjaśnienie jest takie, że z biegiem czasu zewnętrzne, namagnesowane warstwy gwiazdy zwalniają, ale wewnętrzny, nienamagnesowany rdzeń nie. Prowadzi to do narastania naprężeń na granicy między tymi dwoma regionami i sygnalizuje zakłócenia nagły transfer energii obrotowej z szybciej wirującego jądra do wolniej wirującej skorupy”.

Nagłe spowolnienia rotacji magnetarów są bardzo rzadkie. Astronomowie zarejestrowali tylko trzy „antyzakłócenia”, w tym zdarzenie z października 2020 r.

Podczas gdy zakłócenia można rutynowo wyjaśnić zmianami wewnątrz gwiazdy, antyzakłócenia prawdopodobnie nie. Teoria Baringa opiera się na założeniu, że są one spowodowane zmianami na powierzchni gwiazdy iw przestrzeni wokół niej. W nowym artykule on i jego współautorzy skonstruowali model wiatru napędzany wulkanem, aby wyjaśnić zmierzone wyniki z anty-usterki z października 2020 r.

Baring powiedział, że model wykorzystuje tylko standardową fizykę, w szczególności zmiany momentu pędu i zachowanie energii, aby uwzględnić spowolnienie obrotowe.

„Silny, masywny wiatr cząsteczkowy emanujący z gwiazdy przez kilka godzin może stworzyć warunki do spadku okresu rotacji” – powiedział. „Nasze obliczenia wykazały, że taki wiatr miałby również moc zmiany geometrii pola magnetycznego na zewnątrz gwiazdy neutronowej”.

Pęknięcie może być formacją podobną do wulkanu, ponieważ „ogólne właściwości pulsacji rentgenowskiej prawdopodobnie wymagają wystrzelenia wiatru z zlokalizowanego obszaru na powierzchni” – powiedział.

„To, co czyni wydarzenie z października 2020 r. wyjątkowym, to szybki rozbłysk radiowy z magnetara zaledwie kilka dni po zapobieganiu zakłóceniu, a także włączenie pulsacyjnej, efemerycznej emisji radiowej wkrótce potem” – powiedział. „Widzieliśmy tylko garstkę przejściowych pulsujących magnetarów radiowych i po raz pierwszy widzieliśmy włączenie radia magnetara niemal równocześnie z zapobieganiem zakłóceniom”.

Baring argumentował, że ta zbieżność czasowa sugeruje, że emisje zapobiegające usterkom i radiowe były spowodowane tym samym zdarzeniem i ma nadzieję, że dodatkowe badania modelu wulkanizmu dostarczą więcej odpowiedzi.

„Interpretacja wiatru umożliwia zrozumienie, dlaczego włącza się emisja radiowa” – powiedział. „Zapewnia nowy wgląd, którego wcześniej nie mieliśmy”.