Mgławica Kraba - zdjęcie z kosmicznego teleskopu Hubble'a. W mgławicy tej znajduje się pulsar (na lewo od dwóch centralnie ułożonych jasnych gwiazd, blisko lewego dolnego rogu zdjęcia).

Gwiazda neutronowa powstaje w wyniku wybuchu gwiazdy tzw. supernowej w późnym stadium ewolucji gwiazd. Gwiazda o masie większej niż 10 mas Słońca, wytwarza u kresu swojej ewolucji żelazny rdzeń wielkości Ziemi, w którym nie mogą już zachodzić reakcje syntezy jądrowej. Elektrony poruszają się wtedy z prędkością prawie równą prędkości światła. Ciśnienie rozpędzonych elektronów równoważy grawitacyjną siłę przyciągania gęstej materii. Ale przy dostatecznie dużej energii elektronów (temperatura wynosi wtedy około 10 miliardów Kelwinów), łączą się one z protonami tworząc neutrony. Ciśnienie wtedy maleje, oddziaływanie grawitacyjne bierze górę i w niespełna sekundę rdzeń zapada się i zamienia w gwiazdę neutronową. Część wyzwolonej przy tym energii zostaje przekazana materii otaczającej rdzeń, która z prędkością kilkunastu tysięcy kilometrów na sekundę rozbiega się w przestrzeni kosmicznej. Całe zjawisko, widoczne z daleka jako gwałtowny rozbłysk gwiazdy, nosi nazwę supernowej II typu.
Gęstość gwiazdy neutronowej przekracza 10¹² g/cm³ i w centrum jest większa niż w jądrze atomowym, a średnice gwiazd neutronowych zawarte są w przedziale od 10km do 100km. Ich masa może być najwyżej około 2,8 raza większa od masy Słońca. Jeśli szczątki wybuchu są masywniejsze to powstaje czarna dziura. Gwiazdy neutronowe są dla nas ostatnim źródłem informacji o najbardziej skrajnym, a dostępnym jeszcze obserwacji stanie materii we Wszechświecie. Szacuje się, że co tysięczna gwiazda w naszej Galaktyce to gwiazda neutronowa.
W 2004 roku oszacowano parametry gwiazdy neutronowej w układzie podwójnym EXO 0748-677. Wyniki znajdują się w nr 11/2004 Świata Nauki. Średnica tej gwiazdy wynosi około 23 km (plus minus 6km) a masa 1,8 Mas Słońca (plus minus 0,5). Jest to pierwszy tak dokładny szacunek parametrów gwiazdy neutronowej. Podczas tworzenia się gwiazdy neutronowej, promień maleje. Z zasady zachowania momenty pędu wynika, że że następuje wtedy

Mgławica Kraba, zdjęcie w promieniach Roentgena z obserwatorium Chandra. Na zdjęciu widoczne są pierścienie naładowanych cząstek, wyrzucane z centrum na zewnątrz z prędkością bliską prędkości światła, i potężne strumienie wyłaniające się z biegunów.

zwiększenie prędkości wirowania gwiazdy. Okres obrotu może wynosić od ułamka sekundy do kilku sekund. Obrót pulsarów powoduje wytwarzanie silnego promieniowania radiowego. Spowodowane jest to ruchem plazmy i zmiany pola magnetycznego, ale dokładnego modelu powstawania tych impulsów jeszcze nie znamy.
Gwiazdy neutronowe poza pulsującym promieniowaniem radiowym emitują również pulsujące promieniowanie widzialne i rentgenowskie. te okresy pulsacji związane są z okresem obrotu gwiazdy, a model emisji promieniowania radiowego przypomina nieco działaniem latarnię morską. promieniowanie radiowe pulsara jest emitowane w postaci wiązki i jeśli na Ziemi jest ono odbierane, oznacza to, że Ziemia znajduje się w strumieniu tego promieniowania.
Najbardziej znanym pulsarem jest pulsar w Mgławicy Kraba. W centrum tej mgławicy znajduje się ultra gęsta gwiazda neutronowa, która rotuje 30 razy na sekundę. Gwiazda ta, zwalniając, wydziela energię, która odpowiada energii wysyłanej przez mgławicę Kraba. Wybuch supernowej, który utworzył tę mgławicę i pulsar, został dostrzeżony w 1054, co odnotowują liczne kroniki. Niebo w nocy było jasne przez kilka kolejnych dni.

Pulsar NGC 6397 w układzie podwójnym z czerwonym olbrzymem.

Pulsary bardzo często są składnikami układów wielokrotnych gwiazd. Jeśli pulsarowi towarzyszy drugi obiekt np. czerwony olbrzym, to pulsar pochłania materię sąsiada. Pulsar przekształca materię swego partnera w energię, która wprawia go w coraz szybszy ruch obrotowy i pulsar przyspiesza. W końcowej fazie pulsar wiruje z maksymalną prędkością (wykonuje nawet ponad 1000 obrotów na sekundę), a z czerwonego olbrzyma zostaje biały karzeł. Takim pulsarem jest najprawdopodobniej obiekt NGC 6397, którego artystyczną wizję przedstawia rysunek obok.
Bardzo interesująca grupą pulsarów są pulsary rentgenowskie. Przyjmuje się, że za promieniowanie jest odpowiedzialny układ podwójny w skład, którego wchodzi gwiazda neutronowa lub czarna dziura oraz zwykła gwiazda ciągu głównego lub czerwony olbrzym. Część materii ze zwykłej gwiazdy przepływa i zostaje wychwycona przez gwiazdę neutronową lub czarną dziurę. Ten proces wychwytu nazwano akrecją. Przyspieszona do dużych prędkości materia wypromieniowuje znaczne ilości energii.

---

Gigantyczny rozbłysk obiektu SRG 1900+14 w sierpniu 1998 roku.

Niektóre gwiazdy rozbłyskują, emitując niezwykle silne promieniowanie gamma i rentgenowskie. Energia wybuchu jest bardzo silna, miliony razy większa niż przy wybuchu supernowej. Wybuchy powtarzają się pulsacyjnie co kilka sekund. W odróżnieniu do błysków gamma (tzw. Gamma-Ray-Bursts) zjawisko to może się powtarzać co jakiś czas. Po każdym cyklu wybuchów następuje zwolnienie ruchu rotacyjnego obiektu.
Pierwszy taki obiekt, oznaczony symbolem SRG 0526-66 zaobserwowano w 1979 roku. Do tej pory odkryto kilkanaście kandydatów na magnetary, ale powtarzalne impulsy wykryto tylko u czterech obiektów. Najciekawszym magnetarem jest odkryty w 1979 roku obiekt SGR 1900+14. Zarejestrowano trzy jego rozbłyski. Największą serię rozbłysków zaobserwowano w 1998 roku. Najpierw nastąpił gigantyczny rozbłysk trwający krócej niż sekundę, a następnie regularnie nadeszła cała seria impulsów, trwających 5,16 sekundy każdy.

Artystyczny obraz magnetara, niebieskie linie pokazują, jak biegną pętle silnego pola magnetycznego.

27 grudnia 2004 roku satelity i teleskopy naziemne odnotowały najsilniejszy do tej pory sygnał powstały w wyniku wybuchu magnetara. Źródłem okazała się obdarzona ogromnym polem magnetycznym gwiazda neutronowa o nazwie SGR 1806-20, która znajduje się 50 tysięcy lat świetlnych od Ziemi po drugiej stronie Drogi Mlecznej. Już od wielu lat z kierunku tej gwiazdy rejestrowano słabe błyski promieni rentgenowskich i gamma. Obiekt ma rozmiary tylko 20 kilometrów, masę około 1,5 masy Słońca i wiruje, wykonując jeden obrót na 7,5 sekundy. Eksplozja wyrzuciła materię z prędkością 100 tysięcy kilometrów na sekundę, co spowodowało ogrzanie cząstek do ogromnych energii. W tym czasie zjawisko było tak silne, że w ciągu dwóch dziesiątych sekundy wyemitowało więcej energii niż Słońce przez 100 tysięcy lat. Gdyby taki błysk pojawił się w odległości kilkudziesięciu lat świetlnych od nas, zniszczeniu uległyby górne warstwy ziemskiej atmosfery, a to pociągnęłoby za sobą masowe wymieranie.
Duża energia rozbłysków możliwa jest tylko wśród źródła bardzo osobliwego - czarnej dziury bądź gwiazdy neutronowej. Dodatkowo dla kilku obiektów wyznaczono położenie magnetarów w pobliżu wybuchu supernowych, po których pozostaje gwiazda neutronowa lub czarna dziura. Czarna dziura nie ma żadnej struktury wewnętrznej, wobec tego nie mogą wychodzić z niej regularne sygnały. Najprawdopodobniej rozbłyski związane są więc ze zjawiskami zachodzącymi w gwiazdach neutronowych. Obecnie sądzimy, że magnetary to bardzo szybko obracające się gwiazdy neutronowe (składają się z samych neutronów a zewnętrzną skorupę prawdopodobnie tworzą ciasno ułożone jądra atomów żelaza), w których powstaje super silne pole magnetyczne. Linie pola w jej wnętrzu ulegają skręceniu i splątaniu. Stabilny magnetar otoczony jest kokonem linii pola,

Wybuch magnetara. Kula ognista ochładzając się emitując ze swojej powierzchni promieniowanie rentgenowskie i gamma, a następnie w ciągu kilku minut zanika całkowicie.

poskręcanych na zewnątrz i gładkich na zewnątrz może emitować wąski snop promieniowania radiowego i dlatego nie możemy go zarejestrować na Ziemi (zwykły pulsar obracający się wolniej emituje szeroką wiązkę promieniowania radiowego, które łatwo może być zarejestrowane przez radioteleskopy).
W 1996 roku naukowcy z Los Almos Laboratory zwrócili uwagę, że powtarzalne źródła gamma są pod względem statystycznym podobne do trzęsień ziemi. To pozwoliło opracować prawdopodobny model magnetarów. Sądzi się, że niezwykle silne pole magnetyczne gwiazdy powoduje pęknięcie jej sztywnej skorupy. Podczas takiego "trzęsienia gwiazdy" wyzwolona zostaje olbrzymia ilość energii.
Zjawisko to możemy sobie wyobrazić następująco:
- przez dłuższy czas magnetar nie wykazuje żadnej aktywności, wywołane przez pole magnetyczne naprężenia w jego wnętrzu powoli narastają,
- gdy naprężenia w skorupie przekroczą jej wytrzymałości to skorupa nagle pęka, rozpadając się przypuszczalnie na wiele małych kawałków,
- wygenerowuje się silny impuls prądu elektrycznego, który zanikając, pozostawia gorącą kulę ognistą,
- kula ognista szybko ochładza się, emitując ze swojej powierzchni regularne impulsy promieniowania rentgenowskiego i gamma i w ciągu kilku minut zanika.
Po każdym cyklu obiekt obraca się wolniej co zaobserwowano dla obiektu SRG 1900+14 i dlatego rejestrowane obecnie okresy impulsów są rzędu kilku sekund. Po dłuższym czasie zjawisko powtarza się. Z czasem magnetar ostyga i jego pole magnetyczne staje się słabsze i emituje on znikome ilości energii. Szacuje się, że już po 10 tysiącach lat od powstania szybko obracającej się gwiazdy neutronowej w wybuchu supernowej, przestaje być magnetarem (zwykły pulsar przestaje wykazywać aktywność radiową dopiero po 10 milionach lat). Żywot magnetara jest więc krótki, z czego wynika, że miliony wygasłych obiektów tego typu znajduje się pewnie w naszej galaktyce.

---

« Poprzednia  Następna »