Bliżej rozwiązania zagadki kosmicznych FRB. Magnetar może gwałtownie zmieniać prędkość

Szybkie rozbłyski radiowe (FRB) to jedna z wielu tajemnic wszechświata, których nie potrafimy wyjaśnić. Trwają ułamki sekund i uwalniają tyle energii, ile Słońce produkuje w ciągu roku. Do niedawna wszystkie znane FRB pochodziły spoza naszej galaktyki. Dopiero w 2020 roku znaleziono pierwszy FRB wygenerowany w Drodze Mlecznej. Jego źródłem okazał się magnetar SGR 1935+2154. A 1,5 roku temu dwa urządzenia zarejestrowały kolejny FBR z tego magnetara. Jego analiza przyniosła wiele interesujących informacji, które przybliżają naukowców do rozwiązania zagadki szybkich rozbłysków radiowych.

W październiku 2022 roku NICER (Neutron Star Interior Composition Explorer) znajdujący się na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej oraz krążący na niskiej orbicie okołoziemskiej NuSTAR (Nuclear Epectroscopic Telescope Array) zarejestrowały FRB pochodzący z SGR 1935+2154 i obserwowały magnetar przez kolejne godziny. Dostarczyły danych, co działo się na powierzchni magnetara przed i po pojawieniu się szybkiego rozbłysku radiowego.

Okazało się, że do rozbłysku doszło pomiędzy dwoma okresami gwałtownego przyspieszenia magnetara. Obiekt ten ma około 20 kilometrów średnicy, a jego zwykła prędkość obrotowa to 3,2 obrotu na sekundę. To oznacza, że prędkość punktu na równiku wynosi ponad 720 000 km/h. Spowolnienie lub przyspieszenie magnetara wymaga więc znaczących ilości energii. Dlatego też naukowcy byli niezwykle zaskoczeni, gdy zauważyli, że pomiędzy przyspieszeniami magnetar powrócił do swojej standardowej prędkości obrotowej w ciągu zaledwie 9 godzin. To mniej więcej 100-krotnie szybciej, niż w przypadku innych magnetarów.

Zwykle, gdy dochodzi do zmian prędkości obrotowej, magnetar potrzebuje tygodni lub miesięcy, by powrócić do swojej standardowej prędkości. Tutaj widzimy, że proces ten może zachodzić znacznie szybciej niż sądziliśmy i może mieć to związek z generowaniem szybkich impulsów radiowych, mówi główny autor badań, Chin-Ping Hu z Narodowego Uniwersytetu Changhua na Tajwanie.

Magnetary to rodzaj gwiazd neutronowych i, podobnie jak one, są niezwykle gęste. Tak gęste, jakbyśmy Mount Everest ścisnęli do rozmiarów kostki cukru. Wiąże się z tym niezwykle silne oddziaływanie grawitacyjne. Cukierek upadający na powierzchnię magnetara uderzyłby weń z siłą bomby atomowej. Silna grawitacja oznacza zaś, że powierzchnia magnetara jest niespokojna, dochodzi na niej do uwalniania promieniowania rentgenowskiego i promieniowania gamma. To właśnie rosnąca aktywność tego typu skłoniła operatorów NICER i NuSTAR do nakierowania urządzeń bezpośrednio na SGR 1935+2154, dzięki czemu udało im się po jakimś czasie zaobserwować FBR.

Cała ta rosnąca aktywność w zakresie promieniowania rentgenowskiego miała miejsce przed zmianą prędkości. Energia wyładowań była na tyle duża, że mogła doprowadzić do pojawienia się FBR, ale tak się nie stało. Zatem wydaje się, że w czasie spowalniania ruchu obrotowego doszło do jakiejś zmiany, w wyniku której powstał szybki rozbłysk radiowy, wyjaśnia współautor badań Zorawar Wadiasingh z University of Maryland.

Powierzchnia magnetara to ciało stałe, ale wnętrze, z powodu olbrzymiego ciśnienia, jest nadciekłe. Czasem może dojść do utraty synchronizacji ruchu pomiędzy zewnętrzną skorupą i nadciekłym wnętrzem, które może wówczas dostarczyć dodatkowej energii na zewnątrz. Autorzy badań sądzą, że tak się właśnie stało, a skutkiem tego był FBR. Naukowcy rozważają scenariusz, w którym doszło do takiej utraty synchronizacji, w wyniku czego w skorupie magnetara pojawiło się pęknięcie. Doszło do czegoś w rodzaju erupcji wulkanicznej, która uwolniła materiał z wnętrza obiektu. Uciekł on w przestrzeń kosmiczną, zmniejszając masę magnetara, co doprowadziło do spowolnienia jego ruchu obrotowego. To może wyjaśniać szybkie wyhamowanie ruchu. To jednak tyko spekulacje i wciąż nie wiadomo, czy w ten sposób da się wyjaśnić FRB.

Bez wątpienia zaobserwowaliśmy coś istotnego dla zrozumienia natury szybkich rozbłysków radiowych. Jednak potrzebujemy znacznie więcej danych, by rozwiązać zagadkę, dodaje George Younes z NASA, którego zespół specjalizuje się w badaniu magnetarów.

Bliżej rozwiązania zagadki kosmicznych FRB. Magnetar może gwałtownie zmieniać prędkość