Aurory v hlubinách vesmíru: Čeští vědci popsali vznik polárních září u neutronových hvězd
Nejenom planety, ale i stálice mohou nabídnout úchvatnou podívanou v podobě polárních září, které vznikají díky interakci nabitých částic s jejich magnetickým polem.
Zatímco v severských státech se polární záře vyskytují běžně, v našich zeměpisných šířkách je vídáme jen občas, a to pouze nízko nad severním obzorem. Jejich původcem je sluneční vítr. Vědci z Fyzikálního ústavu v Opavě však přišli s překvapivým zjištěním, že se mohou polární záře neboli aurory objevovat i u některých stálic, konkrétně u neutronových hvězd.
Jak vznikají?
Jak popisuje spoluautor výzkumu Zdeněk Stuchlík, „po vyhasnutí termonukleárních reakcí stlačí vlastní gravitace jádro hvězdy do obřích hustot, takže se stane neutronovou hvězdou, tvořenou degenerovaným neutronovým plynem“. Přívlastek „neutronová“ pak odráží skutečnost, že jsou elektrony při extrémních hustotách „vtlačeny“ do protonů, jež se tak změní na neutrony.
Neutronová hvězda představuje v podstatě gigantické atomové jádro, které si uchovává mimořádně silné magnetické pole. Jde o „zamrzlý“ pozůstatek po hmotné stálici, jehož magnetické pole může být nesmírně intenzivní a má dipólovou povahu. „V nové práci jsme ukázali, že v případě částic, na něž magnetické pole působí odstředivě, mohou díky jemné balanci s gravitačními a setrvačnými silami existovat stabilní kruhové dráhy i mimo rovinu symetrie daného pole. V blízkosti magnetického pólu se mohou tyto kruhové orbity neomezeně blížit k samotnému povrchu neutronové hvězdy, přičemž v extrémně silném magnetickém poli budou intenzivně zářit,“ vysvětluje Stuchlík.
Podobně jako u planet
Polární záře nad neutronovými hvězdami vznikají na základě podobného principu jako u planet. Další spoluautor práce Jaroslav Vrba objasňuje, že magnetická pole zmíněných stálic mohou být až miliardkrát silnější než v případě Země a zásadním způsobem ovlivňují pohyb nabitých částic v okolí. Ty podléhají složitému působení daného pole, gravitaci, a dokonce i zpětné reakci záření, kterou během svého pohybu vytvářejí. Každou neutronovou hvězdu zároveň obklopuje velmi tenká atmosféra těsně nad povrchem a interaguje s nabitými částicemi podobně jako plynné obaly planet. Už delší dobu přitom víme, že se částice v okolí těchto exotických kosmických objektů pohybují směrem k jejich pólům.
Na vědecké práci, jež vedla ke zjištění vzniku auror nad neutronovými hvězdami, se podílel i částicový fyzik Arman Tursunov, který dlouhá léta působí na Fyzikálním ústavu v Opavě. A spolu s kolegy – včetně čtvrtého spoluautora práce Martina Kološe – poukazuje na fakt, že struktury, v nichž se mohou částice pohybovat na specifických polárních dráhách, připomínají Van Allenovy pásy u Země. „Popsané pásy jsou velmi důležité pro pochopení vzniku polárních září i na naší planetě. A jejich existence v okolí daných hvězd souhlasí s pozorováním neutronové hvězdy známé jako Vela Pulsar, provedeným rentgenovou observatoří Chandra v roce 2010,“ přibližuje Tursunov vzrušující poznatky opavských fyziků.
Klíč k bezpečnosti
Neutronové hvězdy leží příliš daleko, než abychom mohli tamní aurory běžně sledovat. Jedná se tedy spíš o zajímavost pro teoretické fyziky, přesto má praktické využití. Vědci tak mohou ještě lépe pochopit povahu geomagnetického pole, které nás chrání před nebezpečným kosmickým zářením. Konkrétně se jedná o zmíněné Van Allenovy radiační pásy, v nichž se ukládá energie ve formě nabitých částic. Rozprostírají se zhruba 600–60 000 km nad naší planetou a obklopují ji jako obří donut. Způsobují však problémy zejména sondám a kosmickým misím, jež se musejí plánovat tak, aby skrz dané pásy neprolétaly a nečelily masivní radiaci.
Samotné polární záře zas představují viditelný projev ochrany pozemského života před částicemi ze Slunce: Záření se vybíjí vysoko v atmosféře a k povrchu planety se prakticky nedostane. A právě uvedené jevy bezprostředně související s přirozeným magnetickým štítem Země se pojí s chápáním úkazů nad neutronovými hvězdami.
„Efekty, které pozorujeme v zemské magnetosféře, pomáhají vědcům pochopit tyto extrémní jevy v okolí neutronových hvězd, kde síly dosahují nesrovnatelně větších hodnot a intenzity. A samozřejmě naopak – studium pohybů částic v okolí neutronových hvězd nám pomáhá lépe pochopit některé projevy v magnetosféře naší planety,“ uzavírá Vrba.
