Magnetar czy czarna dziura?

0

Europejscy astronomowie, korzystając z obserwatorium Very Large Telescope należącego do międzynarodowej organizacji ESO (European Southern Observatory), byli w stanie po raz pierwszy wykazać, że magnetar – niezwykły rodzaj gwiazdy neutronowej – został uformowany z gwiazdy o przynajmniej 40 razy większej masie od naszego Słońca. W rezultacie naruszone zostały w tym momencie teorie mówiące o ewolucji gwiazd, przytoczony przez naukowców przypadek gwiazdy powinien ze swoją masą stać się czarną dziurą, a nie magnetarem. Sytuacja zrodziła fundamentalne pytanie – jak naprawdę masywna musi być gwiazda, aby w końcowym stadium swojej ewolucji stała się czarną dziurą?

Celem wejścia w posiadanie swoich konkluzji, naukowcy przyjrzeli się bliżej wyjątkowej gromadzie gwiazd o nazwie Westerlund 1, zlokalizowanej 16 tysięcy lat świetlnych od Ziemi w Arze – gwiazdozbiorze nieba południowego. Ze wcześniejszych badań naukowcy wiedzieli, iż Westerlund 1 jest najbliższą znaną super gromadą gwiazd, zawierającą setki bardzo masywnych ciał, z których niektóre świecą prawie milion razy jaśniej od naszego Słońca przy średnicy 2000 razy większej od naszej gwiazdy (odpowiadać to może średnicy orbity Saturna w Układzie Słonecznym). Niewątpliwie gdyby nasze Słońce wraz z Ziemią byłoby zlokalizowane w centrum tej gromady, to nocne niebo wypełnione byłoby setkami gwiazd świecących z jasnością naszego Księżyca podczas pełni.

Westerlund 1 jest fantastycznym zbiorowiskiem różnorodnych oraz egzotycznych populacji gwiazd, niczym prawdziwe międzygwiezdne zoo. Gwiazdy z tej gromady łączy jednak jedna wspólna cecha – wiek. Gromada uformowała się w czasie pojedynczego gwiazdotwórczego wydarzenia i wiek wszystkich gwiazd szacowany jest na 3.5 do 5 milionów lat.

Magnetar jest typem gwiazdy neutronowej z niesamowicie silnym polem magnetycznym – milion miliardów razy silniejszym od tego, którym poszczycić się może nasza Ziemia. Magnetary formują się w wyniku eksplozji supernowej. Gromada Westerlund 1 zawiera jednego z kilku znanych magnetarów w Drodze Mlecznej. Właśnie dzięki otoczeniu, w którym ciało to istnieje, naukowcy byli w stanie wydedukować, iż magnetar ten uformował się z gwiazdy o masie przynajmniej 40 razy większej od Słońca.

Biorąc pod uwagę fakt, iż wszystkie gwiazdy w super gromadzie Westerlund 1 są w podobnym wieku, to gwiazda która eksplodowała, dając początek magnetarowi, musiała mieć krótsze życie niż pozostałe obecne gwiazdy w gromadzie. Ponieważ długość życia gwiazd jest związana bezpośrednio z ich masą, to wiemy, iż im gwiazda jest cięższa, tym krótsze jest jej życie. Poprzez określenie masy każdej, obecnej gwiazdy w gromadzie Westerlund 1, z całą pewnością możemy być pewni, iż gwiazda która żyła krócej i została magnetarem, musiała być wcześniej dużo cięższa od swoich pozostałych sióstr z gromady.

Astronomowie w ten sposób zbadali gwiazdy należące do podwójnego układu zaćmieniowego W13 w gromadzie Westerlund 1, posiłkując się faktem, że masy gwiazd z takiego systemu mogą zostać określone przy znajomości ruchów jakie one wykonują.

Biorąc do porównania ten system gwiazd, naukowcy byli w stanie odkryć, iż gwiazda która została magnetarem, musiała mieć przed eksplozją masę około 40 razy większą od naszego Słońca. Dowodzi to po raz pierwszy, iż magnetary mogą ewoluować z gwiazd bardzo ciężkich, z których według naszej wiedzy normalnie powinny powstać czarne dziury. Zgodnie z wcześniejszymi założeniami gwiazdy o początkowej masie 10-25 Słońc powinny formować gwiazdy neutronowe, a te których masa przekracza masę 25 Słońc – tworzyć czarne dziury. Jak przekazuje jeden z naukowców, te gwiazdy muszą pozbyć się ponad 9/10 swojej masy przed eksplozją jako supernowe, w innym wypadku dadzą początek czarnym dziurom. Tak duże utraty masy przed eksplozją prezentują spore wyzwania dla aktualnych teorii dotyczących ewolucji gwiazd. Rodzi się w tym miejscu trudne pytanie – jak masywna musi być gwiazda, aby zapadła się ona tworząc czarną dziurę, skoro gwiazda o 40-sto krotnie większej masie od Słońca ‘nie podołała’ temu zadaniu?

Postulowany i preferowany przez astronomów mechanizm formacji zakłada, iż gwiazda która przeistacza się w magnetara, tzw. prekursor, rodzi się wraz ze swoim kompanem, tworząc gwiazdowy układ podwójny. W czasie ewolucji obu składników, dochodzi między nimi do interakcji, energia pochodząca z ich orbitalnego ruchu dedykowana jest niezbędnemu wyrzutowi ogromnych ilości mas z gwiazdowego prekursora. W momencie gdy kompan jest niewidoczny w okolicach magnetara, tłumaczone jest to możliwością jego ‘odrzucenia’ za które odpowiedzialny może być wybuch supernowej tworzącej magnetara. Tak dynamiczne zjawisko jakim jest eksplozja gwiazdy i powstanie supernowej, może rozbić układ podwójny, raz na zawsze rozdzielając parę i wysyłając składniki – magnetara oraz jego kompana, w przeciwne strony gromady.

Gromada otwarta Westerlund 1 została odkryta z Australii w 1961 roku przez szwedzkiego astronomia Bengta Westerlunda, który w późniejszym czasie stał się także dyrektorem organizacji ESO w Chile w latach 1970-1974. Gromada umiejscowiona jest za ogromną chmurą międzygwiezdnego gazu i pyłu, która blokuje większość widocznego światła. Współczynnik zaciemnienia wynosi więcej niż 100000, co stanowi odpowiedź na pytanie dlaczego prawdziwa natura tej gromady została odkryta tak późno.

Westerlund 1 jest unikalnym, naturalnym ‘laboratorium’, dzięki któremu naukowcy mogą badać ekstremalne prawa obowiązujące pośród populacji gwiazd, pomagając jednocześnie zrozumieć jak najbardziej masywne gwiazdy w Drodze Mlecznej żyją i umierają. Na podstawie obserwacji, naukowcy wytoczyli konkluzję, iż ta ekstremalna gromada najprawdopodobniej posiada masę nie mniejszą niż 100 000 Słońc, na dodatek wszystkie gwiazdy skupione są na obszarze o rozciągłości zaledwie 6 lat świetlnych. Westerlund 1 wydaje się więc być najbardziej masywną i zwartą, młodą gromadą zidentyfikowaną jak do tej pory w naszej galaktyce – Drodze Mlecznej.

Wszystkie przeanalizowane jak do tej pory gwiazdy z gromady Westerlund 1 posiadają masy od 30 do 40 mas naszego Słońca. Ponieważ takie gwiazdy posiadają raczej krótki okres życia, Westerlund 1 musi być bardzo młodą formacją. Astronomowie oceniają jej wiek na 3.5-5 milionów lat, co czyni ją formacją dopiero co narodzoną w naszej galaktyce.

Źródło: ESO

Share.

Comments are closed.