V študiji o nenavadni zvezdi sodelovala tudi novogoriška profesorica

Petnajstega aprila lani je skozi osončje švignil izbruh visokoenergijske svetlobe, kar so nemudoma zaznali instrumenti na ameriških in evropskih satelitov. V skupini člankov, objavljenih 13. januarja 2021 v revijah Nature in Nature Astronomy, več mednarodnih znanstvenih skupin ugotavlja, da je v eksploziji nastala svetloba do nas pripotovala iz supermagnetiziranega zvezdnega ostanka, imenovanega magnetar, ki se nahaja v bližnji galaksiji.

Rezultati raziskav vesoljskega teleskopa Fermi LAT, v kateri sodeluje prof. dr. Gabrijela Zaharijas, sodelavka Centra za astrofiziko in kozmologijo Univerze v Novi Gorici, potrjujejo, da magnetarji tvorijo nov razred izvorov kratkih izbruhov sevanja gama in hkrati razkrivajo astrofizikalne procese, ki se dogajajo v bližini magnetarjev.

Z novogoriške univerze so sporočili, da je izbruh trajal zgolj 140 milisekund – približno tako dolgo, kolikor traja tlesk s prsti. Najprej je kratek in močan izbruh rentgenske svetlobe in sevanja gama (svetlobe pri najvišjih energijah) zaznal ruski visoko-energijski nevtronski detektor na Nasinem plovilu Mars Odyssey v bližini Marsa.



Približno 6,6 minute kasneje je izbruh zaznal ruski instrument Konus na Nasinem satelitu Wind, ki se nahaja v bližini točke L1 med Zemljo in Soncem. Po nadaljnjih 4,5 sekunde je izbruh dosegel Zemljo. Zaznali so ga z instrumenti na več satelitih v zemeljski orbiti, z Nasinim vesoljskim teleskopom Fermi, s satelitom Evropske vesoljske agencije Integral in z monitorjem interakcij med ozračjem in zunanjim vesoljem na krovu Mednarodne vesoljske postaje. Izbruh je zaznal tudi Nasin vesoljski observatorij Swift – Neil Gehrels.
Zaradi velikega števila meritev so lahko raziskovalci natančno določili njegov izvor v bližnji galaksiji NGC253, ki se nahaja v ozvezdju Kipar in je oddaljena 11 milijonov svetlobnih let (za primerjavo, velikost diska naše Galaksije je približno stokrat manjša).

Kaj so magnetarji?

Magnetarji so nevtronske zvezde z najmočnejšimi znanimi magnetnimi polji, do tisočkrat višjimi od tistih okoli tipičnih nevtronskih zvezd. Izbruhi sevanja gama so veliko svetlejši in jih opažamo skoraj vsakodnevno, k nam prihajajo iz vseh, tudi zelo oddaljenih koncev vesolja, sevanje iz šibkejših izvorov – magnetarjev pa zaznamo veliko redkeje.



Večina izmed 29 magnetarjev, ki jih danes poznamo v naši galaksiji, občasno kaže visokoenergijsko aktivnost, vendar sta do zdaj le dva izmed njih povzročila zelo močne, »orjaške« blišče (enega izmed njih so leta 1979 opazili iz magnetarja, ki se nahaja v Velikem Magellanovem oblaku, satelitski galaksiji naše galaksije). Vzrokov za nastanek orjaških bliščev še ne razumemo povsem, a raziskovalci menijo, da so posledica nenadne spremembe orientacije magnetarjevega magnetnega polja. Po eni izmed hipotez se magnetno polje magnetarja nenadoma spremeni, ker zavzame energijsko ugodnejšo konfiguracijo, pri spremembi magnetnega polja pa pride do kratkega izseva visokoenergijske svetlobe.



Druga, prav tako zanimiva hipoteza napoveduje, da nenadno rekonfiguracijo magnetnega polja povzroči mehanska nestabilnost magnetarjeve skorje – torej neke vrste zvezdni potres.

V izbruhu visokoenergijske svetlobe, ki ga je glavni Fermijev instrument LAT v izbruhu visokoenergijske svetlobe zaznal sevanje gama pri treh različnih energijah: 480 milijonih elektronvoltov (MeV), 1,3 milijardah elektronvoltov (GeV) in 1,7 GeV, kar pomeni, da smo izmerili svetlobo iz res »orjaškega« blišča z najvišjo energijo doslej (energija fotonov vidne svetlobe je med 1,56 in 3,326 elektronvolti). Presenetljivo je tudi, da je svetlobni blisk z najvišjimi energijami prispel do Zemlje od 19 sekund do 4,7 minut kasneje od tistega iz glavnega dogodka – torej dolgo po tem, ko je bliščev signal, zaznan v drugih instrumentih, že ugasnil.
Ključno odkritje, h kateremu je prispevala prof. dr. Gabrijela Zaharijas, je povezano s časovno obliko signala detektorja Fermi LAT, ki kaže na zakasnitev med prvim in drugim maksimumom zaznane visokoenergijske svetlobe.



Magnetar neprestano proizvaja tok hitro gibajočih se visokoenergijskih delcev. Na svoji poti skozi vesolje jih medzvezdni plin upočasnjuje in s trki se spreminja tudi njegova smer. Raziskovalci so ugotovili, da se medzvezdni plin zaradi trkov nakopiči, stisne in segreje, s tem pa nastane vrsta udarnega vala, imenovanega »udarni lok«.

V modelu, ki ga je predlagala ekipa Fermi LAT, začetnemu izbruhu sevanja gama iz magnetarja sledi oblak izvržene snovi (delcev), ki se razširja z le malenkost nižjo hitrostjo od hitrosti svetlobe. Po nekaj dneh oba dosežeta udarni lok. Izvorno sevanje gama ga brez težav preči, oblak delcev, ki ga doseže nekaj sekund kasneje, pa trči z nakopičenim plinom. V trku nastanejo udarni valovi, ki pospešujejo delce v loku in zaradi zavornega sevanja povzročijo nastanek sekundarnega sevanja gama z zelo visokimi energijami.
V študiji so še ugotovili, da bi lahko bil del kratkih izbruhov sevanja gama, opaženih v preteklosti, posledica izseva iz magnetarjev.