Misja NICER znalazła pulsar na rekordowo szybkiej orbicie

NICER, czyli Neutron star Interior Composition Explorer, jest projektem prowadzonym przez amerykańską agencję kosmiczną w celu badań nad fizyką i zachowaniem gwiazd neutronowych – niezwykle gęstych obiektów, w których masa całej gwiazdy skupiona jest w kuli o średnicy rzędu 10 metrów. Część szybko obracających się gwiazd neutronowych obserwujemy jako tzw. pulsary. Instrument zainstalowano na stacji orbitalnej ISS w czerwcu ubiegłego roku.

Dzięki analizie danych zebranych przez NICER natrafiono na dwie gwiazdy krążące wokół siebie, tzw. układ podwójny. Takich systemów w kosmosie jest bardzo dużo, ale w tym przypadku okres obiegu to zaledwie 38 minut. Na dodatek jedną z gwiazd w układzie jest pulsar. System ma oznaczenie IGR J17062–6143.

Odległość pomiędzy składnikami układu wynosi około 300 tysięcy kilometrów, czyli mniej niż dystans Ziemia-Księżyc. Naukowcy przypuszczają, że drugą z gwiazd jest ubogi w wodór biały karzeł.

„Nie jest możliwe, aby w tym układzie znajdowała się gwiazda taka jak Słońce. Po prostu orbita jest zbyt mała” - tłumaczy Tod Strohmayer, pierwszy autor publikacji opisującej wyniki badań.

Szacowana masa białego karła w tym układzie to zaledwie 1,5 proc. masy Słońca. Z kolei pulsar ma masę 1,4 masy Słońca. Punkt wspólnego środka masy znajduje się około 3000 km od pulsara.

Białe karły, podobnie jak pulsary, to końcowy etap ewolucji gwiazd. Różnica jest taka, że pulsary powstają z gwiazd masywnych, w efekcie wybuchów supernowych, natomiast białe karły to efekt ewolucji gwiazd takich jak Słońce. Biały karzeł może mieć rozmiary porównywalne z planetami takimi jak Ziemia.

Wcześniej układ IGR J17062–6143 obserwowano w 2008 roku przy pomocy Rossi X-Ray Timing Explorer (RXTE), ale wtedy udało się ustalić jedynie dolny limit dla okresu orbitalnego. W sierpniu 2017 r. na badaniach układu skupił się instrument NICER. Obserwacje trwały łącznie siedem godzin i były rozłożone na nieco ponad pięć dni. Następnie prowadzono obserwacje w październiku i listopadzie. Udało się dzięki temu potwierdzić rekordowo krótki okres orbitalny układu podwójnego.

Gwiazda neutronowa z tego systemu zwana jest przez astronomów „akreującym rentgenowskim pulsarem milisekundowym” (ang. AMXP – accreting millisecond X-Ray pulsar). Z danych RXTE wiadomo, że pulsar obraca się wokół swojej osi 163 razy na sekundę (czyli blisko 10 tysięcy razy na minutę). Docierające do nas pulsy promieniowania wskazują miejsce gorących plam wokół biegunów magnetycznych pulsara.

Gorące plamy powstają, gdy silne pole grawitacyjne pulsara przyciąga materię z towarzyszącej mu gwiazdy. Skupia się ona w dysku akrecyjnym i po spirali zbliża do pulsara. Ponieważ pulsar ma bardzo silne pole magnetyczne, materia porusza się wzdłuż linii pola magnetycznego do biegunów, gdzie tworzy „gorące plamy”. A skoro obraca się dookoła swojej osi, to gorąca plama pojawia się i znika z pola widzenia instrumentu rentgenowskiego. Właśnie na tej podstawie można było określić jak szybko pulsar się obraca.

Gdy materii zbierze się odpowiednio dużo, zachodzi wybuch termojądrowy. W przypadku systemu IGR J17062–6143 na razie jeszcze nie zaobserwowano takiej eksplozji.

Co ciekawe, obroty pulsara idealnie zgadzają się z przewidywaniami, więc można je wykorzystać na przykład do nawigacji przyszłych sond kosmicznych. Takie testy przeprowadzono w ramach eksperymentu poszerzającego projekt NICER, nazwanego Station Explorer for X-ray Timing and Navigation Technology (SEXTANT).

Wyniki badań opublikowano w środę w czasopiśmie „The Astrophysical Journal Letters”. (PAP)

cza/ ekr/