Zarówno gwiazdy neutronowe, jak i czarne dziury o dowolnych rozmiarach (od czarnych dziur o masie gwiazdowej, przez te o masie pośredniej, po supermasywne) jeżeli nie znajdują się w absolutnej pustce, często otoczone są dyskiem akrecyjnym, w którym materia – gaz oraz pył – stopniowo, po spirali opada na nie. Owe dyski to miejsca fascynujące, to tam gaz i pył trąc o siebie rozgrzewają się do wprost niewiarygodnych temperatur, przez co zaczynają intensywnie świecić. Zresztą to właśnie one najczęściej zdradzają nam obecność czarnej dziury, której najprawdopodobniej byśmy w ogóle nie zauważyli, gdyby nie miała własnego dysku.
Czytaj także: Potężne zderzenie gwiazd neutronowych. Na kilka godzin powstał zaskakujący obiekt
Plazma otaczająca gwiazdę neutronową zbliżając się do niej zyskuje coraz większą prędkość i coraz wyższą temperaturę. Jak się jednak okazuje, może to prowadzić do powstawania niezwykle silnych wiatrów, które są w stanie wywiewać gaz i pył z bezpośredniego otoczenia np. gwiazdy neutronowej w przestrzeń międzygwiezdną.
W większej skali, takie wiatry wiejący w dyskach akrecyjnych otaczających np. supermasywną czarną dziurę mogą kształtować nie tylko bezpośrednie otoczenie czarnej dziury, ale także całej galaktyki, która wokół nich rotuje. O ile jednak astronomowie coraz dokładniej przyglądają się dyskom akrecyjnym i samej tworzącej je materii, o tyle wiejące w nich wiatry były dotychczas niezwykle trudne do uchwycenia.
Hercules X-1 jako wietrzne laboratorium
Naukowcy z MIT postanowili przyjrzeć się uważniej układowi podwójnemu w gwiazdozbiorze Herkulesa. Mamy tutaj do czynienia z układem gwiazdy neutronowej oraz gwiazdy zmiennej HZ Herculis. Patrząc z perspektywy Ziemi oba obiekty krążąc wokół wspólnego środka masy wzajemnie się obiegają. Dokładnie co 1,7 dnia gwiazda neutronowa emitująca promieniowanie rentgenowskie chowa się za swoją większą towarzyszką.
Ze względu na to, że oba składniki znajdują się względnie blisko siebie, a gwiazda neutronowa posiada silne pole magnetyczne, zjonizowana materia z zewnętrznych warstw HZ Herculis odrywa się od niej i dołącza do dysku akrecyjnego wokół gwiazdy neutronowej. Co jest jednak nietypowe, wraz z rotacją wykrzywiony dysk akrecyjny zmienia swoje nachylenie, czyli ulega precesji z okresem rzędu 35 dni. Korzystając z tego, że ów dysk można obserwować pod różnym kątem, naukowcom udało się stworzyć dwuwymiarową mapę wiejących w nim wiatrów.
Jak się okazało, wiatry powstające w dysku otaczającym gwiazdę neutronową mogą osiągać prędkości rzędu setek kilometrów na sekundę, czyli milionów kilometrów na godzinę. To z kolei oznacza, że ignorowane dotychczas wiatry mogą w rzeczywistości wymiernie wpływać na ewolucję takich układów, czy nawet całych galaktyk. Teraz badacze planują zastosować te same metody badania wiatrów do innych gwiazd neutronowych i czarnych dziur, wokół których obserwujemy dyski akrecyjne o zmiennym nachyleniu.
Jak powstają wiatry w otoczeniu gwiazdy neutronowej?
Odpowiedź na to pytanie wciąż pozostaje niejasna. Naukowcy podejrzewają, że pole magnetyczne może rozrywać pozornie uporządkowany dysk i wyrzucać część tworzącej go materii na zewnątrz właśnie w formie wiatru. Alternatywnie może być też tak, że promieniowanie gwiazdy neutronowej może być na tyle silne, że wewnętrzna część dysku ulega odparowaniu i wywianiu z bezpośredniego otoczenia rozgrzanej do białości gwiazdy.
Dzięki obserwacjom prowadzonym w zakresie rentgenowskim za pomocą kosmicznych obserwatoriów XMM Newton oraz Chandra astronomowie byli w stanie ustalić, że wiatr wieje pod kątem 12 stopni do płaszczyzny dysku, z odległością ulega ochłodzeniu i słabnie wraz ze wzrostem wysokości nad dyskiem. Aby wyjaśnić jego pochodzenie, naukowcy planują dopasować wyniki swoich obserwacji do różnych teoretycznych modeli opisujących różne mechanizmy powstawania wiatrów. Możliwe, że któryś z nich będzie zgadzał się z obserwacjami. Wtedy będzie można tenże model zastosować do wyjaśniania wiatrów wiejących w innych dyskach akrecyjnych wokół czarnych dziur i gwiazd neutronowych. Być może jest to pierwszy krok na drodze do ustalenia jak wiatry wiejące w otoczeniu supermasywnych czarnych dziur wpływają na kształt swoich galaktyk macierzystych.