V explozi nejjasnější kilonovy po srážce neutronových hvězd se zrodil magnetar  
Astrofyzici ulovili jasnou a zároveň zvláštní kilonovu. Nejspíš jde o pozoruhodný případ, kdy se srazily dvě neutronové hvězdy a oproti očekávání se nezhroutily do černé díry. Namísto tohoto vznikla supertěžká neutronová hvězda s extrémními magnetickými poli, čili magnetar.
Kilonova ze které vznikl magnetar. Kredit: NASA, ESA, W. Fong (Northwestern University), and T. Laskar (University of Bath, UK).
Kilonova ze které vznikl magnetar. Kredit: NASA, ESA, W. Fong (Northwestern University), and T. Laskar (University of Bath, UK).

Kdysi dávno, ve velmi vzdáleném vesmíru, se srazily dvě neutronové hvězdy. Srážka těchto dvou již tak dost extrémních objektů odpálila gigantickou explozi kilonovy. Ve zlomku sekundy se při ní uvolnilo tolik energie v podobě gama záření, že to to přesáhlo veškerou energii, kterou naše Slunce vyzáří během celé své existence, dlouhé asi 10 miliard let. Byl to krátký gama záblesk, jaké občas detekujeme, ale jejich původ a mechanismy vzniku stále nejsou úplně jasné.

 

Wen-fai Fong. Kredit: Northwestern University.
Wen-fai Fong. Kredit: Northwestern University.

Tým astrofyziků vedený odborníky americké Northwestern University prostudoval záření této exploze v oblasti viditelného, rentgenového, blízce infračerveného i rádiového záření. Nakonec dospěli k závěru, že se stali svědky zrození magnetaru, tedy extrémní neutronové hvězdy, obklopené nesmírně silnými magnetickými poli. Ukázalo se, že to byla doposud nejjasnější kilonova, jakou jsme zatím pozorovali. Její krátký gama záblesk, označený jako GRB 200522A, doletěl k Zemi 22. května letošního roku (2020).

Jak říká vedoucí výzkumu Wen-fai Fong, když se srazí dvě neutronové hvězdy, což jsme už pozorovali, tak obvykle předpokládáme, že vznikne těžká neutronová hvězda, která je nestabilní a prakticky okamžitě se zhroutí do černé díry. V tomto případě se ovšem ukázalo, že těžký objekt vzniklý splynutím dvou neutronových hvězd může „přežít“. Namísto zhroucení do černé díry vznikl magnetar, tedy rychle rotující neutronová hvězda s extrémními magnetickými poli.

 

Zrození magnetaru po srážce neutronových hvězd. Kredit: NASA, ESA, and D. Player (STScI).
Zrození magnetaru po srážce neutronových hvězd. Kredit: NASA, ESA, and D. Player (STScI).

Gama záblesk kilonovy nejprve zachytil americký vesmírný gama teleskop Neil Gehrels Swift Observatory. Ten spustil alarm a na místo exploze se zaměřily další teleskopy, jak vesmírné, tak i pozemní: Hubble Space Telescope, Very Large Array, W.M. Keck Observatory na Havaji a síť teleskopů Las Cumbres Observatory Global Telescope. Jejich data rychle ukázala, že tahle kilonova je zvláštní. Blízce infračervené záření exploze, které pozoroval Hubble, bylo v porovnání s rentgenovým a rádiovým zářením asi desetkrát jasnější, než by mělo podle dosavadních představ být. Badatelé zvažovali různé možnosti a nakonec jako nejvíce pravděpodobné vysvětlení vybrali zrození magnetaru.

 

Magnetary už známe. Pár jich máme i v Mléčné dráze. Odborníci se domnívají, že vznikly při supernovách masivních hvězd. Zároveň ale existuje možnost, že některé magnetary vznikají splynutím již hotových neutronových hvězd. Podle Fongové jsme se teď nejspíš stali svědky právě takové události.

 

Pokud jde o kilonovy, to jsou vesmírné exploze, které jsou sice slabší než klasické supernovy, ale zároveň asi tisíckrát silnější než exploze nov. Pokud zesílené infračervené záření v této kilonově, které pozoroval Hubble, opravdu vyvolal čerstvě zrozený magnetar, tak by za pár pozemských let měl materiál vyvržený kilonovou zářit v oblasti rádiového záření. Pokud takové záření objevíme, tak to bude potvrzení, že skutečně máme co dělat s magnetarem ze srážky neutronových hvězd.

 

Video: Birth of a magnetar from neutron star merger

 

Literatura

Northwestern Now 12. 11. 2020.

arXiv:2008.08593.

Datum: 13.11.2020
Tisk článku

Pravda - dcera času - Špelda Daniel
 
 
cena původní: 289 Kč
cena: 243 Kč
Pravda - dcera času
Špelda Daniel
Související články:

První pozorování kilonovy při krátkém gama záblesku     Autor: Stanislav Mihulka (05.08.2013)
Vápníkové supernovy při srážkách bílých trpaslíků s neutronovými hvězdami     Autor: Stanislav Mihulka (01.09.2014)
Galaktický zlatý důl objasňuje původ nejtěžších prvků vesmíru     Autor: Stanislav Mihulka (01.06.2016)
První detekce gravitačních vln ze splynutí neutronových hvězd     Autor: Vladimír Wagner (16.10.2017)



Diskuze:

Trhač kapes

František Drozen,2020-11-13 16:10:45

Je pravda, že kdyby místo našeho slunce byl magnetar, tak by mě to vytrhlo z kapsy u kalhot desetikorunu co mám do vozíčku a přitáhl by si jí k sobě?

Umí někdo spočítat, kolik T by bylo na Zemi, kdyby ten magnetar měl 100GT?

Odpovědět


Re: Trhač kapes

Alois Všeználek,2020-11-13 18:49:14

3

Odpovědět


Re: Re: Trhač kapes

František Drozen,2020-11-13 18:57:56

Nedokážu si představit 3T, máte nějakou analogii?

Odpovědět


Re: Re: Re: Trhač kapes

Vojtěch Kocián,2020-11-13 19:50:43

Ty 3 Tesla jsem nekontroloval, dost by záleželo i na tom, kam by směřovaly póly, ale neodymové magnety mají kolem 1,5 T. Síla, kterou dokáže magnet působit, závisí na kvadrátu indukce, takže by šlo o čtyřnásobek síly takového magnetu. Na korunovou minci by tak mohla působit síla až 225 N, což by kapsu protrhnout mohlo. Některá zařízení pro magnetickou rezonanci mohou mít i silnější magnetické pole. S hrstí drobných po kapsách bych k nim moc blízko raději nechodil.

Odpovědět


Re: Re: Re: Trhač kapes

Pavel Hudecek,2020-11-13 21:27:00

Taky jsem nekontroloval, zda 3 jsou správně, ale velmi zajímavé je si to dosadit do různých vzorců. Např:

U = Blv (napětí je součin indukce, délky vodiče a rychlosti)

3 T, 2 m - výška člověka, 3 m/s - rychlost běhu
3.2.3 = 18 V - napětí mezi hlavou a nohama, když bude zrovna pole vodorovně a kolmo ke směru běhu. To není nic hrozného.

Jenže třeba takovej ráfek a dráty v kole... no to je klasická indukční brzda. S kovovým ráfkem a drátama některými směry nepůjde jet:-)

Vůbec manipulace s vodivými předměty je pak docela zábava. Když se do tunelu magnetické rezonance zasune hliníkovej plech ve vertikální poloze a pak pustí, začne se velmi pozvolna naklánět, žádné klasické padání. Aspoň tak to popisoval známej, co to zkusil.

3 T, 12 Mm - průměr zeměkoule a 30 km/s - rychlost oběhu okolo slunce.
3.12M.30k = 1 080 GV = 1,08 TV - napětí mezi místy nejvýš nad a nejníž pod úrovní oběžné dráhy, kdyby bylo pole kolmé k rovině oběžné dráhy, což by nejspíš bylo. Takže bychom měli okolo země moc pěkný plazmový útvar, připojený poledním a půlnočním místem.

Trhat kapsy to ale nebude. Přitažlivá síla je závislá na gradientu a ten bude v takový vzdálenosti od zdroje nepatrnej.

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Trhač kapes

František Drozen,2020-11-13 23:00:41

Takže chápu správně, že by to možné bylo.

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Re: Trhač kapes

Pavel Hudecek,2020-11-14 09:56:25

Jestli jde o to trhání kapes, tak síla závisí na gradientu v místě objektu:
Mějme vzdálenost r1 150 Gm (slunce-země) od zdroje pole a r2 dejme tomu o 3 cm víc (průměr mince). Pole ubývá s 2. mocninou vzdálenosti.
r1^2 = 22 500 000 000 000 000 000 000
r2^2 = 22 500 000 000 009 000 000 000,000 9
r2^2/r1^2 = 1,000 000 000 000 400 000 000 000 04
Poměr se tedy od 1 liší až od 13. desetinného místa. Rozdíl je tedy:
3 * 4E-13 = 12E-13 T = 1,2 pT
Zemské pole je asi 50 µT, poloměr země 6,3 Mm. Pro rozdíl 3 cm dostaneme:
r1^2 = 39 690 000 000 000
r2^2 = 39 690 000 378 000,0009
r2^2/r1^2 = 1,000 000 009 523...
50E-6 * 9E-9 = 450E-15 = 4,5E-13 T = 0,45 pT

Rozdíl je tedy jen ani ne 3x větší, než v případě zemského magnetického pole, které s věcmi, pokud k tomu nejsou speciálně konstruovány, nehýbe. Takže magnetar místo slunce by sice určitě zajistil neobyvatelnost Země, ale nejen že by nevytrhl mince z kapsy, ale dokonce by s nimi ani nehnul:-) Ovšem vyšetření tříteslovou MRI by bylo skoro zadarmo, protože by všude bylo k dispozici velmi homogenní magnetické pole:-)

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Re: Re: Trhač kapes

František Drozen,2020-11-14 16:42:10

Díky za obsáhlou odpověď, takže v případě vzdálenosti jako Měsíc by to bylo o dost lepší s tím trháním kapes.

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Trhač kapes

Pavel Hudecek,2020-11-14 17:29:49

No, jednak:
Alois Všeználek,2020-11-14 16:20:23 :-)

A pak teda na EN wiki píšou, že z poloviny vzdálenosti země-měsíc by vymazal magnetický proužek na kreditce. CZ wiki k tomu podotýká, že na to stačí 1 mT. K tomu podotýkám já, že 1 mT při nepatrném gradientu (země-měsíc vůči cm), nepovede k znatelné síle, spíš ji bude těžké detekovat.

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Trhač kapes

Lada 1,2020-11-15 10:42:47

gradient síly by měl vliv na roztržení samotné mince, nikoliv na protržení kapsy

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Re: Trhač kapes

Pavel Hudecek,2020-11-15 11:28:49

Tady ale nejde o gradient síly. Jde o to, že síla sama vzniká z gradientu magnetické indukce.

Když vložíte kus železa do homogenního magnetického pole, tak prostě "neví" kterým směrem by měl být přitahován.

Když vezmu centimetrovej magnet, tak centimetr od jeho povrchu je pole značně slabší a o další centimetr dál je zas o dost slabší, když tam dáte kus železa, tak na bližší a vzdálenější konec působí jinak silné pole a proto je přitahován směrem k magnetu. Když stejně silné pole vyrobíte obrovským magnetem v astronomické vzdálenosti, tak rozdíl mezi polem na bližším a vzdálenějším konci předmětu je 00nic a výsledná síla taky 00nic.

Odpovědět


Re: Re: Trhač kapes

Alois Všeználek,2020-11-14 16:20:23

Jenom plácnutí, omlouvám se, ta otázka si říkala o odpověď, neodolal jsem. :)))

Odpovědět


Re: Re: Re: Trhač kapes

Pavel Hudecek,2020-11-14 17:03:15

:-))

Podle EN wiki mají magnetary 1-100 GT.
Dále tam píšou, že má průměr kolem 20 km.
Vzdálenost slunce-země je 150 Gm.

Ten poměr naší vzdálenosti k "velikosti magnetu" je ohromnej a když bereme že pole klesá s 2. mocninou vzdálenosti, ... Možná že realita bude o několik řádů slabší.

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Trhač kapes

Pavel Hudecek,2020-11-15 23:09:12

Posléze mě napadlo, že to s tím polem je ještě jinak: Protože není zřídlové, jako elektrické pole, ale vírové, ubývá s 3. nikoli druhou mocninou.

Pro jistotu to rozvedu:
Školní příklady: pole ve vzdálenosti zanedbatelné k délce vodiče - 1. mocnina
Biot-Savartův zákon: pole od elementu vodiče délky zanedbatelné ke vzdálenosti - 2. mocnina
Uzavřená smyčka: rozdíl polí protilehlých elementů dle B-S zákona - 3. mocnina

Pak jsem trochu zapátral a nakonec našel:
https://www.usna.edu/Users/physics/mungan/_files/documents/Scholarship/CurrentLoop.pdf

Vzorec 9 počítá s magnetickým dipólovým momentem.

https://academic.oup.com/pasj/article/66/1/14/1547397
obrázek 1 - dipólové momenty bílých trpaslíků a neutronových hvězd, až po magnetary
po přepočtení na SI: 1E23-1E33 A.m2

Pro vzdálenost slunce-země vyjde 0,3 nT
(řádově stotisícina pole země)
Pro vzdálenost měsíc-země vyjde 1,76 T
(o pár desítek procent víc, než v uzavřeném magnetickém obvodu z neodymových magnetů)

Samozřejmě, v obou případech bude gradient indukce u Země malinkej, takže nepovede k posuvné síle na tak malé předměty, jako mince.

Na druhou stranu, při těch 1,76 T se ty mince budou dost snažit, aby jejich rovina byla natočená po směru siločar a budou se k sobě navzájem přitahovat, takže práce pokladní by asi byla dost komplikovaná:-)

Lešení, které bylo postaveno, když byl měsíc nahoře nebo dole, spadne, hned jak se měsíc přiblíží k obzoru...

Odpovědět



Tento web používá k poskytování služeb, personalizaci reklam a analýze návštěvnosti soubory cookie. Používáním tohoto webu s tím souhlasíte. Další informace