Gwiazdy neutronowe to dość egzotyczne obiekty zbudowane z materii neutronowej. Są końcowym stadium ewolucji gwiazd o wielkich masach (nawet do 10 mas Słońca). Do zrozumienia tych obiektów - ale i zjawisk zachodzących w bezpośrednim sąsiedztwie tych gwiazd - niezbędne są specjalistyczne narzędzia – modele, wyjaśniające, co się tam dzieje.

Taki właśnie model, dzięki któremu możliwa jest analiza procesów odpowiedzialnych za emisję promieniowania rentgenowskiego w obrębie gwiazd neutronowych opracowali naukowcy z Uniwersytetu Łódzkiego – dr Michał Szanecki i prof. Andrzej Maciołek-Niedźwiecki – oraz prof. Andrzej Zdziarski z Centrum Astronomicznego im. Mikołaja Kopernika PAN w Warszawie. O badaniach poinformowano w komunikacie UŁ.

"Wokół gwiazd neutronowych zachodzą bardzo ciekawe procesy, m.in. uwalnianie olbrzymiej ilości energii, która trafia w zakres energetyczny odpowiadający promieniowaniu rentgenowskiemu, takiemu samemu jak wykorzystywane np. w diagnostyce. Dzięki analizie widma tego promieniowania można określić, co dzieje się w tych obiektach. I temu służy nasz autorski model"– wyjaśnia cytowany w informacji dr Michał Szanecki.

Wokół gwiazd neutronowych obserwować można takie formacje, jak dyski akrecyjne (wirujące struktury uformowane przez pył i gaz, opadający na silne źródło grawitacji). Są one nie tylko charakterystyczne dla czarnych dziur, ale i występują w układach gwiazd podwójnych, w których materia odpadająca od gwiazdy-dawcy spada na gwiazdę neutronową, tworząc wokół niej dysk odbijający promieniowanie.

Dla opisu tak skomplikowanych konfiguracji, jakimi są układy z gwiazdą neutronową, wymagane jest interdyscyplinarne podejście, z uwzględnieniem mechaniki kwantowej, kwantowej teoria pola, hydrodynamiki czy ogólnej teorii względności. Jednym z najważniejszych elementów w badaniach obiektów z emisją promieniowania rentgenowskiego jest model, w którym wykorzystuje się matematyczny opis zjawisk fizycznych.

Przy olbrzymiej złożoności zjawisk i procesów, jakie należy uwzględnić w obliczeniach, jedyną efektywną metodologią jest wykorzystanie i symulacji numerycznych.

Obecnie do analizy widm obserwowanych z dysków akrecyjnych wokół czarnych dziur, stosuje się bogatą rodzinę powszechnie dostępnych modeli, wśród których jednym z najdokładniejszych jest ten stworzony przez Polski zespół. W modelu tym uwzględniono efekty ogólnej teorii względności.

"Do poprawnej analizy promieniowania rentgenowskiego, uwalnianego w obrębie gwiazd neutronowych, niezbędny jest jednak model inny niż dla czarnych dziur. W związku z tym, że gwiazdy neutronowe, w przeciwieństwie do czarnych, dziur mają sztywną powłokę, promieniowanie może odbić się nie tylko od dysku akrecyjnego, ale również od niej samej. Nasz model pozwala na analizę widma rentgenowskiego emitowanego z bezpośredniego otoczenia tych gwiazd. Wcześniejsze modele, które opracowaliśmy, już wzbudziły zainteresowanie w międzynarodowym środowisku naukowym i okazały się użytecznymi narzędziami badań" – mówi dr Michał Szanecki.

Naukowcy skupiają się teraz na odbiciu promieniowania od powierzchni gwiazdy neutronowej. Pozwala to na bardzo dokładne określenie zarówno istotnych parametrów układu, takich jak prędkość rotacji gwiazdy, jej promień, jonizacja, jak i składu atomowego takiej struktury.

"Dzięki temu możemy zbadać, czy rzeczywiście to, co według naszych przypuszczeń jest odpowiedzialne za generowanie tego promieniowania, właśnie tym jest, czy też nasz kierunek myślenia wymaga modyfikacji. To doprowadzi do lepszego zrozumienia całości i w rezultacie przybliży nas do określenia ostatecznego równania stanu materii neutronowej, a w efekcie do dalszego odkrywania tego, co jeszcze niezbadane w kosmosie"– kontynuuje dr Michał Szanecki.

Naukowcy zakładają, że w ciągu dwóch lat trwania projektu uda im się sfinalizować całość i udostępnić światu opis oraz działanie autorskiego modelu do analizy widma promieniowania rentgenowskiego.