Martwe gwiazdy czasem znów świecą - i sama grawitacja może być za to odpowiedzialna

Zdjęcie: NASA/JPL-Caltech

Naukowcy wykazali, że martwe gwiazdy mogą wytwarzać intensywne błyski światła dzięki samej mocy grawitacji. Zrozumienie tego zjawiska może dostarczyć nowych wglądów w jedne z największych i najbardziej tajemniczych eksplozji we wszechświecie. Gwiazdy neutronowe należą do najdziwniejszych obiektów we wszechświecie. Te zapadłe jądra masywnych gwiazd są niesamowicie gęste, zawierając więcej masy niż całe Słońce skompresowane do objętości miasta. Są one zbudowane niemal całkowicie z neutronów związanych razem - gwiazdy neutronowe są w zasadzie największymi jądrami atomowymi w kosmosie. Ze względu na tę niesamowitą gęstość, ich przyciąganie grawitacyjne ustępuje jedynie czarnym dziurom. Ich grawitacja jest na tyle silna, że potrafi wciągnąć światło w orbity wokół gwiazdy i przyspieszać pobliskie obiekty do niemal prędkości światła. Pomimo swojej nazwy, gwiazdy neutronowe nie są całkowicie neutralne. Zachowują pewien ładunek elektryczny, a w połączeniu z szybkim obrotem gwiazdy - najszybsze obracają się szybciej niż blender kuchenny - mogą generować naprawdę ogromne pola magnetyczne - w niektórych przypadkach najpotężniejsze pola magnetyczne we wszechświecie. Połączenie intensywnych pól magnetycznych i ultrasilnego środowiska grawitacyjnego może prowadzić do nowej, dziwnej fizyki, jak wyjaśnili naukowcy w artykule opublikowanym w czerwcu w bazie preprintów arXiv, który jeszcze nie przeszedł recenzji. Jedną z ciekawych nowych możliwości, które badali naukowcy, jest zdolność gwiazd neutronowych do emitowania krótkich, ogromnych błysków światła napędzanych przez samą grawitację. Błyski te wykorzystują zjawisko rezonansu, gdzie mechanizm wyzwalający ciągle dostarcza energię do systemu z odpowiednią częstotliwością, aby się sam wzmacniał. Rezonans pojawia się w całej fizyce. 

Być może najbardziej znanym przykładem jest struna gitarowa: gdy zostanie szarpnięta, ustawia się w rezonansie z korpusem gitary, aby dramatycznie wzmocnić swoje własne brzmienie. W przypadku gwiazd neutronowych, silne pola magnetyczne wokół nich generują ogromną liczbę fotonów, podstawowych jednostek światła. Zazwyczaj te fotony rozpraszają się i zanikają, dodając do ogólnego blasku gwiazdy neutronowej. Ale szybko obracająca się gwiazda neutronowa może generować fale grawitacyjne, które są falami w strukturze czasoprzestrzeni. Astronomowie już wykryli fale grawitacyjne z kolizji czarnych dziur i gwiazd neutronowych, ale te napędzane obrotem fale miałyby znacznie wyższą częstotliwość. Byłyby zbyt słabe, aby można je było wykryć z Ziemi, ale mogłyby przenosić energię z gwiazdy neutronowej do obszaru, gdzie pola magnetyczne generują fotony i, jeśli warunki byłyby odpowiednie, wywoływać rezonans. Jeśli fale miałyby odpowiednią częstotliwość, mogłyby wzmacniać fotony, które przepływałyby przez skomplikowaną sieć kanałów, aby wytworzyć jeszcze więcej fotonów bezpośrednio z pola grawitacyjnego. Proces ten budowałby się sam, aż do rozpadu, uwalniając błysk promieniowania. Naukowcy uważają, że niektóre dziwne astrofizyczne eksplozje, jak błyski gamma i szybkie rozbłyski radiowe, mogą być napędzane przez ten rezonans grawitacyjno-świetlny. Zależy to od tego, jak dobrze grawitacja może bezpośrednio połączyć się ze światłem i wytwarzać fotony - coś, co wiemy, że jest niezwykle rzadkie, ale nie niemożliwe. Naukowcy wykorzystali znane błyski gwiazd neutronowych, aby ustalić granice związku między grawitacją a światłem, demonstrując, jak te potężne eksplozje służą jako naturalne laboratorium do testowania niektórych z najbardziej niespodziewanych interakcji we wszechświecie.