Když byl na ISS dopraven přístroj NICER, vědci si od něj slibovali lepší prozkoumání neutronových hvězd, které se v některých případech chovají jako pulsary, a to když svými kužely rádiového záření zasahují Zemi. NICER pracuje v oboru měkkého rentgenového záření. Kromě detailního průzkumu neutronových hvězd si od výsledků jeho výzkumu slibujeme i možnost použít pulsary k přesné navigaci sond vyslaných do vzdálenějších míst Sluneční soustavy. Ty by tak mohly lépe určovat svou polohu i rychlost. NASA nyní oznámila, že tento dalekohled detekoval rekordní záblesk rentgenového záření.

Přístroj NICER (Neutron star Interior Composition Explorer) byl na ISS dopraven v nehermetizovaném prostoru (trunku) nákladní lodi Dragon v rámci mise CRS-11 v červnu 2017. Podrobnosti o jeho přístrojích a využití jsme už psali. Odkazy najdete v použitých zdrojích na konci článku.

NICER – Neutron Star Interior Composition Explorer
Zdroj: http://spaceflight101.com

NASA vydala 7. listopadu článek, ve kterém oznámila, že NICER zaznamenal 20. srpna letošního roku výrazný záblesk rentgenového záření. Stalo se tak poté, co na povrchu jednoho z pulsarů, hvězdě, která kdysi explodovala jako supernova, došlo k termonukleární reakci (objekt má označení SAX J1808.4-3658, zkráceně J1808). Šlo zatím o nejjasnější rentgenový záblesk, který NICER pozoroval. Tento záblesk byl odlišný od doposud pozorovaných, protože během fáze poklesu došlo k opětovnému zjasnění. Astronomové pro tento jev zatím nemají vysvětlení.

Rentgenový záblesk typu I uvolnil během 20 sekund tolik energie, jako naše Slunce uvolní za 10 dní. NICER má naštěstí pro astronomy dobré rozlišení, a tak jim může pomoci pochopit fyzikální procesy, které probíhají na povrchu těchto náhle vybuchujících neutronových hvězd.

Pusar J1808 se od nás nachází asi 11 000 světelných roků směrem do souhvězdí Střelce. Rotuje rychlostí 401 otáček za sekundu a jde o člena dvojhvězdy. Druhá složka je tvořena hnědým trpaslíkem, což je pozoruhodný objekt, jen o málo hmotnější, než velké plynné planety, ale příliš malý na to, aby byl regulérní hvězdou (dá se také říci, že jejich hmotnost je pouze 11 až 16 hmotností Jupiteru). V jejich nitru sice může probíhat syntéza hélia z deuteria, ale ne klasické termojaderné reakce vedoucí i ke vzniku těžších prvků. Nejmenší klasické hvězdy jsou tzv. červení trpaslíci.

V tomto systému hvězd tedy proudí neustále vodík směrem k neutronové hvězdě, kde vytváří prstenec hmoty nazývaný akreční disk. Hmota v disku se nedostáva na povrch pulsaru snadno. Avšak jednou za několik let naroste hustota látky natolik, že dojde k její ionizaci (některé elektrony jsou odtrženy z obalu atomů) a ta přestane být průhledná pro záření hvězdy. Část vyzařované energie je zachycena a rozjíždí proces zahřívání a další ionizace tohoto plynu. Nyní už je látka natolik hustá, že může snáze padat na povrch neutronové hvězdy.

Systém XTI ještě před zabalením
Zdroj: https://www.nasa.gov

Stále intenzivnější „déšť“ vodíku vytváří na povrchu hvězdy horký, stále hlubší „oceán“. V jeho nejhlubší vrstvě neustále roste teplota a tlak, až se začne měnit vodík na hélium, stejně, jako je tomu uvnitř hvězd podobných Slunci. Při této termojaderné reakci klesá vzniklé hélium níže a vytváří vlastní vrstvu. Jakmile její hloubka naroste na několik metrů, podmínky zde umožní vznik těžších atomů uhlíku. V tomto okamžiku však dojde k mohutné explozivní erupci, která se šíří podél celého povrchu hvězdy.

V právě pozorovaném záblesku můžeme vidět dva zároveň probíhající jevy pro vodíkovou a héliovou vrstvu. Standardně je hmota hvězdy udržována v určitém poloměru od středu proti gravitaci tlakem záření. Tuto hranici určuje tzv. Eddingtonův limit. V uvolněném rentgenovém záblesku byl pozorován dvojí Eddingtonův limit. NICER ukázal, že po náhlém nárůstu se energie výbuchu na sekundu ustálila, aby dále pomaleji rostla. Astronomové se domnívají, že v okamžiku ustálení došlo k expanzi vodíku do okolního prostoru. Exploze pokračovala další dvě sekundy a došlo k odhalení héliové vrstvy. V tu chvíli začalo expandovat do okolí také hélium, které se rozptylovalo rychleji a dohnalo vodíkovou vrstvu, v níž se rozptýlilo, zpomalilo a zastavilo a mohlo tak začít klesat zpět na povrch neutronové hvězdy. Po této fázi se ale pulsar opět zjasnil o 20 %, a to z dosud nejasných příčin.

Během pozorování záblesku zaznamenal NICER také malé oscilace rentgenového záření, které odpovídají rychlosti rotace pulsaru, a mělo by tak jít o odrazy rentgenových paprsků od různých částí akrečního disku kolem pulsaru.

Zájemce o podrobnější popis jevu můžeme odkázat na vědeckou práci uveřejněnou v The Astrophysical Journal Letters.

Zdroje informací:
https://www.nasa.gov/feature/goddard/2019/nasas-nicer-catches-record-setting-x-ray-burst
https://www.kosmonautix.cz/2017/06/nahledneme-do-hlubin-neutronovych-hvezd/
https://www.kosmonautix.cz/2016/06/pruzkumnik-neutronovych-hvezd-a-zkouska-nove-navigace/

Zdroje obrázků:
https://www.nasa.gov/sites/default/files/styles/ubernode_alt_horiz/public/thumbnails/image/nicer_burst_final_still.jpg
https://i0.wp.com/www.kosmonautix.cz/wp-content/uploads/2017/06/2014/10/DAxQdOrU0AA-F6u.jpg
https://i2.wp.com/www.kosmonautix.cz/wp-content/uploads/2017/06/2013/07/2013/05/2013/05/image_2_nicer.jpg