Astronomii au observat stele de neutroni care se ciocnesc care ar fi putut forma un magnetar

O explozie cosmică surprinzător de strălucitoare ar fi marcat nașterea unui magnetar. Dacă da, ar fi prima dată când astronomii sunt martori la formarea acestui tip de cadavru stelar extrem de magnetizat, care se învârte rapid.

Acel fulger orbitor de lumină a fost făcut atunci când două stele neutronice s-au ciocnit și s-au contopit într-un singur obiect masiv, raportează astronomii într-un număr viitor al Jurnalul de astrofizică. Deși lumina deosebit de puternică ar putea însemna că a fost produs un magnetar, sunt posibile alte explicații, spun cercetătorii.

Astrofizicianul Wen-fai Fong de la Universitatea Northwestern din Evanston, Illinois, și colegii săi au observat pentru prima dată locul prăbușirii stelei cu neutroni ca o explozie de lumină cu raze gamma detectată cu Observatorul Neil Gehrels Swift al NASA pe 22 mai. Observații ulterioare în Raze X, lungimi de undă vizibile și infraroșii ale luminii au arătat că razele gamma erau însoțite de o strălucire caracteristică numită kilonova.

Kilonovas se crede că se formează după ce două stele neutronice, nucleele ultradense ale stelelor moarte, se ciocnesc și fuzionează. Fuziunea pulverizează material bogat în neutroni „nevăzut nicăieri altundeva în univers” în jurul locului de coliziune, spune Fong. Acest material produce rapid elemente grele instabile, iar acele elemente se descompun curând, încălzind norul de neutroni și făcându-l să strălucească în lumină optică și infraroșie (SN: 23/10/19).

Un nou studiu descoperă că două stele neutronice s-au ciocnit și s-au fuzionat, producând un fulger de lumină deosebit de strălucitor și, posibil, creând un fel de cadavru stelar extrem de magnetizat, care se învârte rapid, numit magnetar (prezentat în această animație).

Astronomii cred că kilonova se formează de fiecare dată când o pereche de stele neutronice se contopesc. Dar fuziunile produc și o altă lumină mai strălucitoare, care poate afecta semnalul kilonova. Drept urmare, astronomii au văzut înainte doar o singură kilonova definitivă, în august 2017, deși există și alți potențiali candidați (SN: 16/10/17).

Strălucirea pe care a văzut-o echipa lui Fong a făcut totuși de rușine kilonova din 2017. „Este potențial cea mai luminoasă kilonova pe care am văzut-o vreodată”, spune ea. „Practic, ne distruge înțelegerea cu privire la luminozitățile și luminozitățile pe care ar trebui să le aibă kilonovae.”

Cea mai mare diferență de luminozitate a fost în lumina infraroșie, măsurată de telescopul spațial Hubble la aproximativ 3 și 16 zile după explozia de raze gamma. Acea lumină era de 10 ori mai strălucitoare decât lumina infraroșu văzută în fuziunile anterioare de stele neutroni.

„Acesta a fost adevăratul moment de deschidere a ochilor și atunci ne-am grăbit să găsim o explicație”, spune Fong. „A trebuit să găsim o sursă suplimentară [of energy] asta creștea acea kilonova.”

Explicația ei preferată este că accidentul a produs un magnetar, care este un tip de stea neutronică. În mod normal, atunci când stelele neutronice se îmbină, steaua mega-neutronă pe care o produc este prea grea pentru a supraviețui. Aproape imediat, steaua cedează în fața forțelor gravitaționale intense și produce o gaură neagră.

Dar dacă steaua neutronică supermasivă se rotește rapid și este foarte încărcată magnetic (cu alte cuvinte, este un magnetar), s-ar putea salva de la colaps. Atât susținerea propriei rotații, cât și deversarea energiei și, prin urmare, o anumită masă, în norul bogat în neutroni din jur ar putea împiedica steaua să se transforme într-o gaură neagră, sugerează cercetătorii. Acea energie suplimentară ar face, la rândul său, norul să emită mai multă lumină – strălucirea în infraroșu suplimentară pe care Hubble a observat-o.

Dar există și alte explicații posibile pentru lumina suplimentară puternică, spune Fong. Dacă stelele neutronice care se ciocnesc ar produce o gaură neagră, acea gaură neagră ar fi putut lansa un jet de plasmă încărcată care se mișcă aproape cu viteza luminii (SN: 22/02/19). Detaliile despre modul în care jetul interacționează cu materialul bogat în neutroni din jurul locului de coliziune ar putea explica, de asemenea, strălucirea suplimentară de kilonova, spune ea.

Dacă s-ar produce un magnetar, „acesta ne-ar putea spune ceva despre stabilitatea stelelor neutronice și cât de masive pot ajunge”, spune Fong. „Nu știm masa maximă a stelelor neutronice, dar știm că, în majoritatea cazurilor, acestea s-ar prăbuși într-o gaură neagră. [after a merger]. Dacă o stea neutronică a supraviețuit, ne spune despre în ce condiții poate exista o stea neutronică.”

Găsirea unui magnetar pentru bebeluși ar fi interesantă, spune astrofizicianul Om Sharan Salafia de la Institutul Național de Astrofizică din Merate din Italia, care nu a fost implicat în noua cercetare. „O stea de neutroni nou-născută puternic magnetizată, în mare rotație, care se formează din fuziunea a două stele neutronice nu a fost niciodată observată înainte”, spune el.

Dar este de acord că este prea devreme pentru a exclude alte explicații. Mai mult, simulările recente pe computer sugerează că ar putea fi dificil să vezi un magnetar nou-născut chiar dacă s-a format, spune el. „Nu aș spune că asta este rezolvat.”

Observând modul în care lumina obiectului se comportă în următoarele patru luni până la șase ani, Fong și colegii ei au calculat, va dovedi dacă s-a născut sau nu un magnetar.

Fong însăși intenționează să urmărească în continuare obiectul misterios cu observatoare existente și viitoare pentru o lungă perioadă de timp. „Voi urmări asta până voi fi bătrân și cenușiu, probabil”, spune ea. „Îmi voi instrui studenții să facă asta și studenții lor.”