W lutym 1987 roku astronomowie dostrzegli w kosmosie niezwykłe zjawisko. Tym zjawiskiem był wybuch supernowej, który miał miejsce 167 644 lata świetlne z dala od Ziemi, w Wielkim Obłoku Magellana, czyli najbliżej od setek lat. Co jednak dziwne, po eksplozji w miejscu dawnej gwiazdy nie udało się obserwować gwiazdy neutronowej, która powinna była tam powstać – aż do teraz. 33 lata później w końcu zdołano ją dostrzec – świecącą zza gęstego obłoku pyłu.
Droga od gwiazdy, przez supernową, aż po gwiazdę neutronową
Astronomowie wyróżniają kilka typów supernowych. Każda powstaje z gwiazdy innego rodzaju. Źródłem supernowych, które prowadzą do powstania gwiazd neutronowych są gwiazdy o masie od 8 do 30 mas Słońca. Takie supernowe to supernowe typu II. Gdy te wybuchają, wyrzucają zewnętrzną materię dawnej gwiazdy z dala od siebie i posyłają w przestrzeń kosmiczną fale neutrin. W tym samym czasie jądro omawianej gwiazdy się zapada, zamieniając się w gwiazdę neutronową.
W 1987 roku (w rzeczywistości jakieś 168 tysięcy lat temu) jako supernowa typu II wybuchła gwiazda Sanduleak -69° 202, charakteryzująca się masą 20 razy większą niż masa Słońca. Co ciekawe, eksplozję można było zaobserwować na niebie gołym okiem, a naukowcy wykryli powstałe w jej ramach neutrino.
Gwiazda neutronowa, której nie było
Po omawianym wydarzeniu w miejscu dawnej gwiazdy można było zaobserwować jedynie pozostałość po supernowej – mgławicę określaną mianem SN 1987A. W jej obrębie astronomowie bardzo długo na próżno wypatrywali gwiazdy neutronowej, która powinna była się tam znaleźć. Dopiero w listopadzie ubiegłego roku zespół badaczy z Uniwersytetu w Cardiff, pod przewodnictwem Phila Cigana, zdołał dostrzec z pomocą teleskopu ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) w Chile gorącą, jasną plamę w centrum pozostałości. Ta ich zdaniem odpowiadała charakterystyką gwieździe neutronowej zasłoniętej gęstą chmurą pyłu.
Zdjęcie pozostałości po supernowej SN 1987 A wykonane z użyciem teleskopu ALMA. Czerwoną barwę noszą pył oraz zimny gaz znajdujące się w centrum pozostałości. Widoczna w ich obrębie żółta plama wskazuje na obecność gwiazdy neutronowej. | Źródło: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), P. Cigan and R. Indebetouw; NRAO/AUI/NSF, B. Saxton; NASA/ESA
Niestety, szybko zaczęto podejrzewać, że to, co świeci jasno w centrum pozostałości supernowej, może być zbyt jasne jak na gwiazdę neutronową. Tę kwestię postanowił zbadać astrofizyk Dany Page z Narodowego Uniwersytetu Autonomicznego Meksyku. Page’owi i jego zespołowi udało się w sposób teoretyczny zademonstrować, że świecąca plama może rzeczywiście być gwiazdą neutronową. Temu tematowi poświęcono najnowszą pracę naukową opublikowaną w czasopiśmie Astrophysical Journal. Gwiazda neutronowa otrzymała już nawet swoją nazwę – NS 1987A.
„Mimo ogromnej złożoności wybuchu supernowej i ekstremalnych warunków panujących we wnętrzu gwiazdy neutronowej, wykrycie gorącej plamy jest potwierdzeniem kilku prognoz.”, powiedział Page.
Przede wszystkim, jak informują badacze, jasność plamy wykrytej w obrębie pozostałości supernowej koresponduje z ciepłem emitowanym przez bardzo młodą gwiazdę neutronową. Innymi słowy, jako że NS 1987A liczy sobie niewiele lat, jest ekstremalnie gorąca – jej temperatura wynosi tyle, ile przewidywano, czyli około 5 milionów stopni Celsjusza.
Na to, że plama jest gwiazdą neutronową, wskazuje też jej położenie. Ta nie jest zlokalizowana idealnie w centrum pozostałości i zamiast tego stale oddala się od niej z prędkością do 700 kilometrów na sekundę. To wcale nie jest dziwne – jeżeli wybuch supernowej jest nierównomierny, może wystrzelić gwiezdne jądro z jego dotychczasowej orbity.
Nie pulsar ani czarna dziura
Rzecz jasna, badacze wzięli pod uwagę również inne scenariusze. Sprawdzili, czy plama mogłaby być pulsarem czy też czarną dziurą, ale żadne z tych wyjaśnień nie pasowało do danych, którymi dysponowali naukowcy, tak dobrze jak gwiazda neutronowa.
Pozostałość po supernowej SN 1987A. Zdjęcie z Kosmicznego Teleskopu Hubble’a. | Źródło: ESA/Hubble (CC BY 4.0)
Zgodnie z analizą zespołu Narodowego Uniwersytetu Autonomicznego Meksyku NS 1987A powinna mieć jakieś 25 kilometrów średnicy, zaś jej masa powinna wynosić około 1,38 masy Słońca. Obydwa parametry są dla gwiazd neutronowych typowe.
Najmłodsze takie ciało niebieskie, jakie znamy
NS 1987A to najmłodsza gwiazda neutronowa jaką było nam dane odkryć – młodsza niż ta zlokalizowana w obrębie pozostałości supernowej Cassiopei A znajdującej się 11 tysięcy lat świetlnych z dala od Ziemi, która wybuchła w XVII wieku. Oznacza to, że obserwując ją astronomowie mogą dowiedzieć się bardzo dużo tego typu kosmicznych obiektach.
Jako że NS 1987A wciąż jest zasłonięta przez obłok pyłu, póki co nie można jej zaobserwować bezpośrednio. W ciągu najbliższych dekad naukowcy będą się jej bacznie przyglądać, wyczekując momentu jej wyłonienia się zza chmur.
Źródło: Astrophysical Journal, fot. tyt. NRAO/AUI/NSF/B. Saxton