Takie gwiazdy neutronowe nie powinny istnieć. Jeżeli jednak istnieją, to wiele tłumaczą

Rozbłyski promieniowania gamma trwające od kilku milisekund do nawet kilku godzin to najjaśniejsze źródła promieniowania elektromagnetycznego we wszechświecie. Zważając na fakt, że pojawiają się one tak naprawdę na całej sferze niebieskiej, naukowcy szybko ustalili, że pochodzą one spoza naszej galaktyki. Źródła błysków najczęściej znajdują się miliardy lat świetlnych od Ziemi.

Od samego początku astronomowie zastanawiali się, co może być źródłem takich gwałtownych błysków, w których źródło emituje w ciągu kilku sekund więcej energii niż Słońce wyemituje w ciągu całego swojego, trwającego około 10 miliardów lat życia. W toku badań okazało się, że najczęściej źródłami mogą być eksplozje supernowe i hipernowe. Choć nie wszystkie rozbłyski pasują do tych wyjaśnień.

Naukowcy analizujący ponad 700 zarejestrowanych dotąd krótkich szybkich rozbłysków gamma odkryli dwa rozbłyski (GRB 910711 oraz GRB 93101B) z początku lat dziewięćdziesiątych, które charakteryzowały się nietypową zmienną częstotliwością błysku. Szereg symulacji wykazał, że za ich powstanie muszą odpowiadać gwiazdy, które co do zasady w ogóle nie powinny istnieć.

Gwiazda neutronowa powstaje w eksplozji supernowej pod koniec życia masywnej gwiazdy o masie 8-10 mas Słońca. Obiekty te złożone ze zdegenerowanej materii mogą mieć średnicę rzędu zaledwie 20 kilometrów i masę rzędu dwóch mas Słońca. Warto tutaj przypomnieć, że Słońce ma średnicę 1,4 mln km. Wyobraźmy sobie zatem dwie takie gwiazdy i ściśnijmy je w jedną kulkę o średnicy 20 kilometrów.

Jeżeli materii jest więcej niż 2,5 masy Słońca, to obiekt taki zapada się pod wpływem grawitacji w czarną dziurę. Stąd i masywniejszych gwiazd neutronowych po prostu nie ma.

Wyobraźmy sobie układ dwóch "lekkich" gwiazd neutronowych, które zbliżają się stopniowo do siebie, aż dochodzi do ich zderzenia. W tym momencie mamy do czynienia z eksplozją kilonową oraz emisją fal grawitacyjnych i krótkiego rozbłysku promieniowania gamma.

Najnowsze badania wykazują jednak, że w momencie zderzenia obu gwiazd neutronowych może dojść do powstania hipermasywnej gwiazdy neutronowej o masie 2,5 do 4 mas Słońca. Gwiazda tego typu natychmiast dążyłaby do zapadnięcia się w czarną dziurę, jednak przez krótki czas proces ten byłby utrudniony przez rotację powstałego z połączenia dwóch gwiazd neutronowych obiektu. Materia na jego powierzchni przemieszczałaby się, co z kolei zmieniałoby położenie biegunów magnetycznych, z których emitowane są promienie gamma. To właśnie te zmiany mogą powodować powstanie oscylacji widocznej w częstotliwości nietypowych błysków gamma.

Co więcej, emisja silnych fal grawitacyjnych w zderzeniu spowolniłaby rotację istniejącej przez chwilę hipermasywnej gwiazdy neutronowej. To z kolei mogłoby pozwolić grawitacji na dokończenie dzieła zniszczenia i zapadnięcie się tego fascynującego obiektu w czarną dziurę.

W kosmosie wydawać by się mogło na wszystko jest czas. Gwiazdy masywne żyją po 5-50 milionów lat, gwiazdy podobne do Słońca żyją nawet kilkanaście miliardów lat, a czerwone karły mogą przetrwać całe biliony lat. Na tym tle hipermasywna gwiazda neutronowa wypada bardzo blado. Symulacje bowiem wskazują, że od momentu powstania do zapadnięcia się w czarną dziurę obiekt taki żyje kilkaset milisekund. Warto tutaj zauważyć, że w tym czasie będzie ona w stanie wykonać kilkaset obrotów wokół własnej osi. Pełen obrót zajmuje jej bowiem zaledwie ok. 1,5 milisekundy.

Na razie naukowcy mają jedynie dwa nietypowe błyski promieniowania gamma jako dowód na istnienie hipermasywnych gwiazd neutronowych. Jednocześnie badacze wskazują, że można ich poszukiwać także w falach grawitacyjnych, które powinny także charakteryzować się podobnymi oscylacjami. Problem jednak w tym, że obecne detektory fal grawitacyjnych nie są w stanie wykryć takich zmian. Za 10-15 lat sytuacja powinna się jednak zmienić. Być może wtedy znajdziemy więcej dowodów na istnienie tych obiektów we wszechświecie.