Nová naděje pro průzkum struktury neutronových hvězd

Co je naším nejvýkonnějším nástrojem pro průzkum zemského nitra či jiných nebeských těles? Přece seizmické vlny. Na Zemi ještě můžeme použít uměle vyvolané seizmické vlny, ovšem kdekoli jinde má druhý postup své zjevné nevýhody. V případě natolik exotických objektů jako jsou neutronové hvězdy, neřku-li dokonce magnetary jsou přirozené seizmické vlny na dlouhou dobu, když už ne na navždy, naší jedinou nadějí na získání exaktních dat z jejich nitra.

Magnetar je zvláštním případem neutronové hvězdy. Jedná se o téměř obyčejnou neutronovou hvězdu, od níž se liší jen intenzitou svého magnetického pole, která na povrchu magnetaru dosahuje až 10¹¹ T. To je tisíckrát více než v běžnějším případě. SGR J1550-5418 není sekvence zapomenutá po přeběhnutí některé z mých koček po klávesnici, jedná se o název magnetaru. Pro astronomy je to starý známý, o jeho objev se zasloužila již sonda Einstein z legendárního programu HEAO. Nyní astronomové v analýze dat napozorovaných na zmíněném objektu pomocí teleskopu Fermi pozorovali signály související se seizmickými vlnami, které se šíří po celém magnetaru. Tyto signály byly již dříve zjištěny během doznívání obřích rentgenových záblesků pocházejících z některého z 23 známých magnetarů. Takové záblesky byly za posledních 40 let pozorovány pouze 3 krát (v letech 1979, 1998 a 2004), přitom jen u posledních dvou byly zaznamenány příznaky hvězdotřesení, kdy se celá neutronová hvězda rozezní jako zvon. „Fermiho Gama-Ray Burst Monitor (GBM) zachytil stejný signál ze slabších a mnohem častějších záblesků, což nám otevírá možnost získání mnohem většího množství nových dat, která nám mohou pomoci pochopit vnitřní strukturu neutronových hvězd“, říká astrofyzička a spoluautorka nové studie Anna Watts z University of Amsterdam v Nizozemsku. A dodává, že Fermiho GBM je ideálním nástrojem pro tuto práci.

Energie zmítající neutronovými hvězdami jsou vskutku impozantní. Na momentové škále MMS (z anglického moment magnitude scale), která je logaritmickou stupnicí stejně jako starší Richterova stupnice, by měly stupeň 23. Dosud nejsilnější zaznamenané zemětřesení – tzv. Velké chilské zemětřesení – mělo sílu 9,5  MMS. Tyto otřesy pak vyvolávají pozorované záblesky rentgenového záření. Protože pevná kůra a magnetické pole magnetaru jsou spolu uzamčeny v jeden celek, změny v jednom ovlivňují druhé. Pohyby v kůře magnetaru vedou ke změnám magnetického pole, a naopak náhlá přeskupení magnetického pole mohou vyvolat posuny jeho povrchu. Vibrace v kůře magnetaru tak zanechávají své otisky v pozorovaných rentgenových záblescích, které je doprovázejí.

Anna Wats ve svém projevu 21. října na pátém mezinárodním sympoziu Fermi v Nagoji v Japonsku uvedla, že nová studie se zabývá 263 jednotlivými výbuchy zaznamenanými pomocí Fermiho GBM a potvrzuje vibrace v kmitočtových rozsazích pozorovaných ve starších obřích záblescích. Mimoto zmínila pozorování nezvyklé frekvence vyskytující se v jedné ze sérií, která na své vysvětlení zatím čeká.

Klíčovým prvkem tohoto výzkumu je nová analýza, kterou vyvinula výzkumnice Daniela Huppenkothen na University of Amsterdam. Až dosud vědci hledali oscilace v pozorování ve vysokoenergetickém spektru tak, že hledali variace uvnitř konkrétní frekvence. Tyto metody postačují k nalezení silného signálu s nízkým šumem, ale na slabý signál schovaný v silném a rychle se měnícím okolí, jaké představují tyto záblesky, jsou krátké.

Daniela Huppenkothen přirovnává problém k detekci vlnek po dopadu kamene na klidnou hladinu rybníka. „Teď si představte, že jste uprostřed bouřky v severním Atlantiku, a máte hledat ty samé vlnky uprostřed obrovských vln ve vířícím moři. Naše staré metody opravdu nejsou pro takové nasazení vhodné, ale mé výpočetní metody umožňují najít drobné vlnky na rozbouřeném moři.“

I přes veškeré úsilí o popis vnitřní podoby neutronové hvězdy vědci nemají dostatečně detailní pozorování, aby mohli jednotlivé modely porovnat. Neutronové hvězdy dosahují hustoty daleko mimo dosah laboratoří a uvnitř mohou být až 10 krát hustší než atomové jádro. Vynikající schopnosti přístroje GBM nám otevírají důležité okno do nitra neutronových hvězd.

Anna Wats doufá, že budeme mít štěstí na další obří erupce abychom mohli využít vynikající schopnosti GBM.

Zdroje:
http://www.nasa.gov/

Zdroje obrázků:
http://www.astro.uva.nl/media/uploads/research/nsquake_png_versions/medium_nsquake.png