Asymetryczna supernowa może kopnąć gwiazdę neutronową jak odrzut
Gwiazdy neutronowe nie zawsze pozostają spokojnie w miejscu, w którym wybuchła ich gwiazda macierzysta. Część porusza się z setkami kilometrów na sekundę. Jednym z głównych mechanizmów jest asymetria eksplozji: jeśli więcej masy zostanie wyrzucone w jedną stronę, zachowanie pędu wymusza ruch zwartej pozostałości w przeciwną. W pozostałości G292.0+1.8 mapy żelaza, krzemu i siarki wskazują właśnie taki układ — cięższy wyrzut znajduje się głównie po jednej stronie, a gwiazda neutronowa została „kopnięta” w przeciwnym kierunku.
Gwiazda neutronowa nie musi zostać w centrum
Po supernowej intuicyjnie oczekujemy, że zwarty rdzeń pozostanie blisko geometrycznego środka rozszerzającej się pozostałości. W praktyce młode pulsary często mają znaczne prędkości przestrzenne. Mówi się o natal kick — kopnięciu narodzinowym. Nie jest to dodatkowa siła działająca długo po eksplozji, lecz skutek procesu formowania się zwartego obiektu i wyrzucania reszty gwiazdy.
Zachowanie pędu robi resztę
Jeżeli eksplozja byłaby idealnie sferyczna, pędy wyrzucanej materii w różnych kierunkach wzajemnie by się znosiły. Rzeczywista supernowa jest turbulentna i może rozwijać duże asymetrie. Gdy więcej masy lub szybciej poruszająca się materia opuszcza gwiazdę w jednym kierunku, całkowity pęd musi pozostać zachowany. Pozostała gwiazda neutronowa otrzymuje więc ruch w przeciwną stronę. W niektórych modelach znaczenie mogą mieć też asymetrie emisji neutrin, ale obserwacje konkretnych pozostałości często silnie wskazują na hydrodynamiczny wyrzut materii.
G292.0+1.8 pokazuje przeciwne strony eksplozji
W pozostałości G292.0+1.8 astronomowie wykorzystali Chandrę do mapowania produktów nukleosyntezy. Żelazo, krzem i siarka koncentrują się głównie po jednej stronie pozostałości. Gwiazda neutronowa porusza się natomiast w stronę przeciwną. NASA opisuje ten układ jako argument za kopnięciem wynikającym z grawitacyjnych i hydrodynamicznych sił asymetrycznej eksplozji. To wyjątkowo czytelny przypadek zachowania pędu zapisany w kosmicznych szczątkach.
Asymetria zaczyna się jeszcze przed wybuchem
Współczesne obserwacje Cassiopeia A pokazują, że ostatnie fazy spalania w masywnej gwieździe mogą być gwałtownie niesferyczne jeszcze przed kolapsem. Przepływy między warstwami krzemu i neonu mogą pozostawić ślady w późniejszej pozostałości. Po zapadnięciu jądra dodatkowe niestabilności za falą uderzeniową wzmacniają niesymetryczność. Kick nie musi więc wynikać z jednej „eksplozji w bok”; jest końcowym rezultatem złożonej, wielowymiarowej dynamiki.
Konsekwencje wykraczają poza jedną pozostałość
Prędkość nadana gwieździe neutronowej może decydować o losie całego układu podwójnego. Kopnięcie może rozerwać parę, zmienić orbitę albo ustawić warunki dla późniejszego powstania układu dwóch gwiazd neutronowych. W długiej skali czasu wpływa więc nawet na populację obiektów, które po miliardach lat zderzą się i wyemitują fale grawitacyjne. Niewielka asymetria podczas ułamka sekundy eksplozji potrafi przeorganizować ewolucję całego systemu.
Odrzut zachowuje informację o geometrii eksplozji
Jeżeli wyrzut supernowej byłby idealnie sferyczny, pędy materii w przeciwnych kierunkach znosiłyby się i zwarta pozostałość nie dostałaby dużego kopnięcia. Rzeczywiste eksplozje są jednak trójwymiarowe: strumienie, konwekcja i niestabilności mogą sprawić, że więcej masy lub energii zostanie wyrzucone w jednym kierunku. Z zasady zachowania pędu gwiazda neutronowa reaguje ruchem w przeciwną stronę. Obserwacje pozostałości pozwalają testować ten obraz. Chandra mierzy położenie gwiazdy neutronowej i mapuje rozmieszczenie gorących pierwiastków w wyrzucie; w niektórych obiektach kierunek ruchu pozostałości jest przeciwny do kierunku, w którym skoncentrowano cięższe produkty eksplozji. Taki układ nie dowodzi jednego uniwersalnego mechanizmu wszystkich kopnięć, ale pokazuje, że asymetria wybuchu może pozostawić obserwowalny ślad zarówno w szczątkach, jak i w ruchu gwiazdy neutronowej.