Náš vesmír je nejen podivnější, než jsme si mysleli, ale dokonce ještě výrazně zvláštnější, než jsme se kdy vůbec odvážili představit. Nalezneme v něm celou řadu velmi bizarních objektů, jako jsou kvasary, rádiové galaxie nebo černé díry. V mnoha ohledech nejvíce podivuhodná tělesa, která navíc můžeme najít i poměrně blízko od nás, jsou neutronové hvězdy. O nich jsme se už blíže bavili v jednom z minulých článků. Dnes se však zaměříme na jeden konkrétní nedávný objev.
Magnetary
Zdroj: https://upload.wikimedia.org/
Neutronové hvězdy fascinují astronomy už od svého objevu v 60. letech minulého století. Od té doby jsme zjistili, že existuje několik typů neutronových hvězd, z nich se nejčastěji hovoří o pulsarech, rychle se otáčejících tělesech, která vysílají nesmírně pravidelné pulsy elektromagnetického záření. Ovšem snad nejvíce fascinujícím typem neutronových hvězd jsou magnetary, o nichž jsme už také více hovořili v dřívějším samostatném článku.
Nyní si proto jen stručně zopakujme, že magnetary sdílejí s ostatními neutronovými hvězdami mnoho společných vlastností, jako je extrémně vysoká hustota, teplota a podobně, ale liší se tím, že mají mnohonásobně vyšší intenzitu magnetického pole. To dosahuje i u běžných neutronových hvězd dosti vysokých hodnot, ale u magnetarů je ještě stokrát až tisíckrát silnější. Zatímco na Zemi dokážeme vytvořit magnety s indukcí maximálně v řádu desítek Tesla, magnetary disponují magnetickým polem o indukci až 1011 Tesla, tedy miliardkrát silnějším.
Zdroj: https://d2pn8kiwq2w21t.cloudfront.net/
Magnetarů prozatím známe pouze zhruba kolem tří desítek. Některé z nich se navíc projevují i jako pulsary, takových jsme našli asi deset. Není příliš divu, že nevíme o více podobných objektech. Extrémní magnetické pole totiž poměrně rychle brzdí rotaci neutronové hvězdy. Ta se pak navenek přestane projevovat a je tudíž dosti těžké takovou hvězdu s pomalou rotací najít. Musíme mít proto štěstí a natrefit na magnetar v rané fázi existence.
Soft Gamma Repeaters
Zdroj: https://upload.wikimedia.org/
S tím souvisí jedna další zajímavá věc. Magnetické pole u magnetarů nebývá tak hezky uspořádané jako to známe od umělých magnetů z laboratoře nebo i od zemského magnetického pole. Naopak, magnetary mají běžně magnetické pole nesmírně chaotické. Takové pole se pak snaží přeuspořádat a dosáhnout stabilnějšího stavu. Kvůli tomu dochází u tohoto typu neutronových hvězd k nesmírně bouřlivým procesům.
Jak se totiž magnetické pole mění, ovlivňuje velmi silně hvězdu samotnou. Na ní pak dochází k různým hvězdotřesením, která mají nesmírnou intenzitu, jež by odpovídala desítkám stupňů Richterovy škály. Ta mohou vést k popraskání pevného povrchu magnetaru. Při tom se do okolního prostoru uvolňuje spousta materiálu z hvězdy, ale zejména intenzivní elektromagnetické vlny ve formě měkkého gama záření.
Ty můžeme zachytit i na vzdálenost desítek tisíc světelných let. Což se dokonce již několikrát i podařilo. Většina magnetarů uvolňuje záření opakovaně, avšak nepravidelně. Může se stát, že přijde několik záblesků těsně po sobě a poté třeba deset let nic. Protože se však přece jen události u jednoho zdroje obvykle opakují, hovoříme o tzv. Soft Gamma Repeaters (SGR), neboli opakovačích měkkého gama záření.
SGR 1935+2154
Zdroj: https://scx2.b-cdn.net/
V roce 2020 pozorovali astronomové právě jeden z těchto SGR zdrojů. Konkrétně šlo o SGR 1935+2154 vzdálený 30 000 světelných let ve směru souhvězdí Lištičky. Roku 2014 jej objevila vesmírná observatoř Swift. Od té doby se tento objekt dlouhodobě zkoumá. Koncem roku 2020 u něj odborníci pozorovali náhlé prudké zpomalení rotace. Několik dní po této změně navíc hvězda začala zářit v rádiových vlnách. Tyto dvě události spolu mají pravděpodobně úzkou souvislost. Prudké zpomalení rotace magnetaru sice fyzikové viděli již potřetí, v tomto případě se však poprvé povedlo pozorovat hvězdu po delší dobu.
Zdroj: http://spaceflight101.com
Odborníci tak mohli celý proces důkladně analyzovat, pokusit se stanovit příčinu zpomalení a srovnat data se známými teoretickými modely. K výzkumu tohoto objektu použili astronomové evropskou rentgenovou observatoř XMM-Newton a detektor NICER umístěný na Mezinárodní vesmírné stanici. Údaje z těchto přístrojů ukázaly, že možným vysvětlením pozorovaného jevu je to, že se v pevné kůře na povrchu neutronové hvězdy vytvořila trhlina, v základním přiblížení podobná vulkanickým trhlinám na zemi, z nichž se vylévá láva.
Specialisté již dříve tušili, že by se podobné trhliny mohly na magnetarech nacházet, avšak přímý důkaz dosud chyběl. V tomto případě se zdá, že se trhlina utvořila v oblasti blízko magnetického pólu hvězdy. Z trhliny vyvrhl explodující magnetar do okolního prostoru hmotu. Tato událost mohla podle zjištění vědců ovlivnit magnetické pole objektu, což následně vedlo i k uvolnění emisí rádiového záření zaznamenaných čínským obřím radioteleskopem Five-hundred-meter Aperture Spherical (FAST).
Změny v době rotace magnetarů
Zdroj: https://cdn.sci.news/
Nový objev úzce souvisí se zajímavým fenoménem a to je rotace magnetarů. Jak víme z minulého článku, tyto objekty se kolem své osy točí mnohem pomaleji, než jiné neutronové hvězdy. Běžný magnetar má rotační periodu mezi jednou a deseti sekundami. A tato se navíc stále prodlužuje, jak se ultra silné magnetické pole dostává do stále stabilnějšího stavu. Změna periody je z hlediska lidského poměrně pozvolná, asi o sekundu za tisíc let, ale probíhá.
Výše jsme zmínili, že náhlé změny v době rotace jsou u magnetarů občas pozorovány. Nicméně obvykle se jedná spíše o překotné zrychlení rotační periody, podobný typ zpomalení byl pozorován teprve potřetí. Zrychlení rotace má příčinu v nitru hvězdy. Vnější silně magnetické vrstvy se totiž zpomalují, zatímco vnitřní nezmagnetizované jádro nikoliv. Na styku obou vrstev se potom hromadí napětí, které je v jednu chvíli již neudržitelné a prudce se uvolní tím, že se rotační energie přenese z vnitřních vrstev magnetaru do vnějších.
Zdroj: https://www.quantamagazine.org/
Naopak prudké zpomalení rotace nemá zřejmě příčinu uvnitř hvězdy, ale na jejím povrchu či v blízkém okolí. Alespoň to tedy ukazují data z SGR 1935+2154. Když dojde na povrchu magnetaru v důsledku změn magnetického pole k otevření trhliny, podobně jako tomu bylo v tomto případě, vyvrhává hvězda do okolí množství hmoty. Intenzivní proud částic vycházející z otevřené trhliny, podobný hvězdnému větru, by mohl zapříčinit vznik vhodných podmínek pro tak prudkou změnu rotace magnetaru. A to za předpokladu, že by trhlina byla otevřena nejméně několik hodin, což by ale nemuselo představovat problém.
Zdroj: https://www.esa.int/
Proud částic z magnetaru by měl potenciál nejen ovlivnit a zásadně zpomalit rotační periodu hvězdy, ale rovněž silně ovlivnit magnetické pole a jeho geometrii v bezprostředním okolí magnetaru. Tyto zajímavé jevy, které u magnetarů pozorujeme se podle nového výzkumu dají vysvětlit standardní a již známou fyzikou. Není třeba zavádět žádné nové spekulativní možnosti.
Závěr
Magnetary patří k tomu nejzajímavějšímu, co v našem kosmu najdeme. A díky práci astronomů z celého světa o nich víme už poměrně dost informací. Nový výzkum zcela zapadá do obrazu mimořádně podivných objektů, jež se ale přitom dají vysvětlit nám už známými fyzikálními procesy. Magnetarů nicméně prozatím známe poměrně málo a budoucí výzkumy nám jistě ještě mnohé prozradí.
Opravy a doplnění
- 20. dubna 23:15 – Na základě upozornění od uživatele PetrDub opravuji chybné tvrzení, že se rotační perioda magnetarů zkracuje. Správně má být pochopitelně, že se prodlužuje. Za chybu se omlouvám.
Použité a doporučené zdroje
- XMM-Newton ESA: https://www.cosmos.esa.int/web/xmm-newton
- NICER NASA: https://www.nasa.gov/nicer
- Swift NASA: https://swift.gsfc.nasa.gov/
Zdroje obrázků
- https://cdn.sci.esa.int/documents/33839/35420/1567214419107-XMM-Newton_spacecraft_AI_02_625.jpg
- https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/e/e9/Artist%E2%80%99s_impression_of_the_magnetar_in_the_star_cluster_Westerlund_1.jpg
- https://d2pn8kiwq2w21t.cloudfront.net/original_images/jpegPIA23863.jpg
- https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/d/d6/Magnetar-3b-450×580.gif
- https://scx2.b-cdn.net/gfx/news/2021/magnetarsgrj.jpg
- https://spaceflight101.com/dragon-spx11/wp-content/uploads/sites/158/2017/05/Labeled-NICER.png
- https://cdn.sci.news/images/enlarge10/image_11363e-Magnetar.jpg
- https://d2r55xnwy6nx47.cloudfront.net/uploads/2020/06/Magnetar-FRB_2880x1620_Lede.jpg
- https://www.esa.int/var/esa/storage/images/esa_multimedia/images/2020/07/artist_s_impression_of_radio_bursting_magnetar/22150546-1-eng-GB/Artist_s_impression_of_radio_bursting_magnetar.jpg
Díky za zajímavý článek. Přiznám se ale, že jsem trochu zmaten z těchto dvou vět, resp. mi to nezapadá do kontextu předchozího článku o magnetarech: „Běžný magnetar má rotační periodu mezi jednou a deseti sekundami. A tato se navíc stále zkracuje, jak se ultra silné magnetické pole dostává do stále stabilnějšího stavu.“ Já jsem předchozí článek pochopil tak, že magnetar má silné magnetické pole, a protože i v okolí se nachází vodivé prostředí (ionizovaná hmota z řady příčin), tak dojde ke vzniku vířivých proudů a to v konečném důsledku brzdí magnetar stejně, jako např. rekuperující elektromotor. Proto mají magnetary vůči „obyčejným“ neutronovým hvězdám pomalou rotaci. Z toho mi plyne, že rotační perioda by se měla prodlužovat, nikoliv zkracovat. Samozřejmě v tomto pomíjím níže v článku uvedené rychlé změny rotace, mám na mysli onen dlouhodobý trend.
To jste nepochopil zcela správně. Jsem blbec, myslel jsem, že se rotační perioda prodlužuje, ale Bůh ví proč jsem napsal zkracuje. Děkuji za upozornění, opravuji.
Pozorovat takové jevy mi přijde jak ze StarTreku a to tím více, čím více o nich víme. A přestože víme více, o to větší je to záhada.
Díky za zajímavý článek. Přiznám se ale, že jsem trochu zmaten z těchto dvou vět, resp. mi to nezapadá do kontextu předchozího článku o magnetarech: „Běžný magnetar má rotační periodu mezi jednou a deseti sekundami. A tato se navíc stále zkracuje, jak se ultra silné magnetické pole dostává do stále stabilnějšího stavu.“ Já jsem předchozí článek pochopil tak, že magnetar má silné magnetické pole, a protože i v okolí se nachází vodivé prostředí (ionizovaná hmota z řady příčin), tak dojde ke vzniku vířivých proudů a to v konečném důsledku brzdí magnetar stejně, jako např. rekuperující elektromotor. Proto mají magnetary vůči „obyčejným“ neutronovým hvězdám pomalou rotaci. Z toho mi plyne, že rotační perioda by se měla prodlužovat, nikoliv zkracovat. Samozřejmě v tomto pomíjím níže v článku uvedené rychlé změny rotace, mám na mysli onen dlouhodobý trend.
To jste nepochopil zcela správně. Jsem blbec, myslel jsem, že se rotační perioda prodlužuje, ale Bůh ví proč jsem napsal zkracuje. Děkuji za upozornění, opravuji.
Pozorovat takové jevy mi přijde jak ze StarTreku a to tím více, čím více o nich víme. A přestože víme více, o to větší je to záhada.