ASTRONOMOVÉ POUŽÍVAJÍ X-RAY K PRŮZKUMU GRAVITAČNÍHO POLE NEUTRONOVÉ HVĚZDY

Steve Roy, Marshall Space Flight Center, Huntsville, AL
Megan Watzke, Chandra X-ray Observatory Center, CFA, Cambridge, MA

Astronomové pomocí NASA Candra X-ray Observatory detekovali známky, které svědčí o prvním přímém svědectví efektu gravitace prostřednictvím záření z neutronové hvězdy. Jestliže tento objev bude potvrzen, může vědcům umožnit měřit gravitační pole neutronových hvězd a určovat, zda tyto hvězdy obsahují exotické formy hmoty ze Země nepozorovatelné.

Tým, který vede George Pavlov z Penn State University, University Park pozoroval neutronovou hvězdu 1E 1207.4-5209 v centru zbytku po výbuchu supernovy vzdáleném asi 7000 sv. let od Země. Výsledky byly prezentovány 6. června 2002 na American Astronomical Society v Albuquerque, NM.

Pavlovova skupina objevila od této hvězdy dvě prohlubně v absorpčních čarách x-ray spektra. Pokud tyto prohlubně náleží absorpci x-ray záření v blízkosti hvězdy héliovými ionty v silném magnetickém poli, potom naznačují, že gravitační pole snižuje energie x-ray záření unikajícíjho z blízkého povrchu neutronové hvězdy.

“Toto vysvětlení je v souladu s daty,“ říká Pavlov, „ale tato spektrální charakteristika  může být také blend mnoha jiných prvků. Ještě jsou potřeba přesnější měření, zejména z mřížkového spektrometru na Chandře.“

“Tyto absorpční charakteristiky mohou být prvním svědectvím gravitačního efektu v záření v blízkosti povrchu isolované neutronové hvězdy,“ říká Pavlov. „ Zjištění má zásadní důležitost, protože nám dovolí nastavit meze ohledně typu hmoty tvořící tuto hvězdu.“

Neutronové hvězdy vznikají, když hmotná hvězda vyčerpá své palivo a její jádro začne kolabovat.  Dojde k explozi supernovy a kolabované jádro je stlačeno do jednoho horkého objektu o rozměru asi 8 km. Tento horký objekt má tenkou atmosféru tvořenou vodíkem a možná i težšími ionty a vytváří gravitační pole 100 miliardkrát silnější než Země.

Tyto objekty s hustotou více než 1 miliardu tun na jednu kávovou lžičku nazýváme neutronové hvězdy, protože jsou tvořeny zejména z neutronů. I když neutronové hvězdy byly velmi studovány po více než třicet let, jejich přesný původ je dosud neznámý.

„Dokonce se nejsme jistí ani tím, jestli jsou neutronové hvězdy složeny z neutronů.“ Říká Divas Sanwal, také z Penn State, který je vedoucím autorem článku popisující výsledky vědeckého bádání týmu. „Mohou být z větší části tvořeny subatomárními částicemi nazývanými piony nebo kaony, či dokonce volnými kvarky.“

Jeden z klíčů k rozluštění této hádanky v úzkém rozsahu možností je měření síly gravitace na povrchu neutronové hvězdy pozorováním jejího efektu x-ray z oblastí velmi blízkých povrchu. Podle Einsteinovy obecné teorie relativity přitahování fotonů gravitačním polem vede k nižší energii fotonu (vyzáření na delší vlnové délce), kterou pozoruje vzdálený pozorovatel. Měření tohoto gravitačního rudého posuvu odpovídající hmoty vůči poloměru neutronové hvězdy může otestovat teorie týkající se různých možných forem husté hmoty.

Tým, jehož členy jsou také  Slava Zavlin of Max Plank Institute for Extraterrestrial Physics, Germany, a Marcus Teter of Penn State,  navrhuje několik možných vysvětlení absorpčních rysů ve spektru pozorovaného objetu 1E 1207.  Síla a x-ray energie spektrální charakteristiky činí nepravděpodobné to, že příčinou je interstelární materiál nebo absorpce vlivem elektronů nebo iontů obíhajících v silném magnetickém poli. Nejpravděpodobnější hypotézy uvažují, že tato charakteristika vznikla absorpcí héliových iontů v magnetickém poli o síle sto trilionkrát větším než je magnetické pole Země. V tomto případě gravitační rudý posuv snižuje energii x-ray o 17 procent.

Pavlov a jeho kolegové pozorovali objekt 1E 1027 pomocí přístroje Chandra Advanced CCD Imaging Spectrometer 6. ledna  2000 a potom ještě jednou 5. ledna 2002. Každé z pozorování trvalo přibližně 30,000 sekund.

Přístroj ACIS byl vyroben pro NASA na Penn State a Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, Mass. Pod vedením Gordon Garmire,  Penn State. NASA's Marshall Space Flight Center, Huntsville, Ala., program Chandra řídí pro Office of Space Science, Washington, DC. TRW, Inc., Redondo Beach, Calif., je přímým finančníkem sondy. The Smithsonian's Chandra X-ray Center vědecké a letové operace řídí z Cambridge, Mass.

(podle informací 02-06 z 6. 6. 2002 přeložil DH)