Úvodní strana  >  Články  >  Vzdálený vesmír  >  Na neutronových hvězdách mohou vznikat polární záře, zjistili opavští fyzikové

Na neutronových hvězdách mohou vznikat polární záře, zjistili opavští fyzikové

Neutronová hvězda s výskytem polárních září. Umělecká představa.
Autor: ESO/L. Calçada

Astrofyzikální proGResy z Opavy: O tom, že polární záře mohou vznikat hned na několika planetách ve Sluneční soustavě i jinde ve vesmíru, vědci už několik desítek let vědí. Nová studie opavských fyziků však ukazuje, že polární záře mohou vznikat i nad pozůstatky hmotných hvězd, nad tzv. neutronovými hvězdami. Zároveň tak potvrzují dřívější pozorování, která učinila NASA pomocí rentgenové observatoře Chandra.

Polární záře u planet

Polární záře je jev, který vzniká interakcí nabitých částic z vesmíru s molekulami a atomy obsaženými v atmosféře dané planety. Na pólech se vyskytuje proto, že magnetická pole planet navádějí nabité částice právě k těmto zónám. Obvykle k jevu dochází ve vrchních vrstvách atmosféry dané planety a projevuje se zářením typickým pro konkrétní prvky, které se v atmosféře nacházejí a s nabitými částicemi interagují. Ve Sluneční soustavě se s polárními zářemi setkáváme prakticky u všech planet kromě Merkuru a u Venuše, kde je výskyt polární záře doposud nejistý. Předpokládá se, že polární záře se mohou objevit u všech planet s atmosférami a magnetickým polem kdekoliv ve vesmíru. Že by se ale mohly vyskytovat i u některých typů hvězd, se zatím nepředpokládalo, neboť hvězdy jsou zdrojem nabitých částic, které polární záře způsobují, nikoliv jejich příjemcem.

Polární záře 10./11. května 2024 vznikla v důsledku interakce hustého oblaku nabitých částic se zemskou atmosférou po sérii silných erupcí na Slunci Autor: Petr Horálek/FÚ v Opavě
Polární záře 10./11. května 2024 vznikla v důsledku interakce hustého oblaku nabitých částic se zemskou atmosférou po sérii silných erupcí na Slunci
Autor: Petr Horálek/FÚ v Opavě

Zajímavý kandidát: neutronová hvězda

Opavští fyzikové během svého teoretického výzkumu došli ke zjištění, že polární záře by se mohly vyskytovat také nad neutronovými hvězdami. Jedná se o velmi hmotné a extrémně malé hvězdné objekty. Neutronové hvězdy patří k nejextrémnějším objektům ve vesmíru, jde o zbytky vyhořelých těžkých hvězd s hmotou srovnatelnou se Sluncem stlačenou do rozměrů menšího města.

„Vlastní gravitace stlačí po vyhasnutí termonukleárních reakcí jádro hvězdy do obřích hustot – to se stává neutronovou hvězdou, tvořenou tzv. degenerovaným neutronovým plynem,“ popisuje prof. Zdeněk Stuchlík z Fyzikálního ústavu v Opavě s tím, že název „neutronové“ dává těmto objektům skutečnost, že při extrémních hustotách jsou elektrony „vtlačeny“ do protonů jež se tak změní na neutrony. „Neutronová hvězda je tedy gigantické atomové jádro, které si zachovává mimořádně silné magnetické pole. Jde vlastně o ‚zamrzlý‘ pozůstatek po hmotné hvězdě, jehož magnetické pole může být nesmírně silné a má povahu magnetického dipólu. V nové práci jsme ukázali, že v případě částic, na něž působí magnetické pole odstředivě, mohou díky jemné balanci s gravitačními a setrvačnými silami existovat stabilní kruhové dráhy i mimo rovinu symetrie magnetického pole. V blízkosti magnetického pólu se tyto kruhové orbity mohou neomezeně blížit samotnému povrchu neutronové hvězdy, přičemž v extrémně silném magnetickém poli budou intenzivně zářit,“ dodává Stuchlík.

Podobné jako u planet

Princip vzniku polárních září nad neutronovými hvězdami je podobný jako v atmosférách planet. „Magnetická pole neutronových hvězd mohou být až miliardkrát silnější než okolo Země a velmi silně ovlivňují pohyb nabitých částic v jejich okolí. Tyto částice podléhají složitému působení magnetického pole, gravitace, a dokonce i zpětné reakci záření, kterou produkují během svého pohybu. Neutronové hvězdy jsou zároveň obklopeny velmi tenkými atmosférami těsně nad jejich povrchem, které s těmito nabitými částicemi interagují podobně jako v atmosférách planet,“ říká Dr. Jaroslav Vrba, spoluautor vědecké práce.

Je již dlouhou dobu známo, že částice v magnetosféře neutronových hvězd jsou magnetickými silami směrovány k magnetickým pólům hvězd, přičemž intenzivně záři, my jsme ale ukázali, že nemusí jít jen o pohyb z roviny symetrie k magnetickému pólu, nýbrž rovněž o pohyb podél kruhových orbit a v jejich okolí,“ osvětluje Dr. Arman Tursunov, další z autorů vědecké studie. Jeho kolega, Dr. Martin Kološ, k celé problematice dodává: „V naší práci jsme analyticky odvodili struktury, ve kterých se částice mohou pohybovat na částečně stabilních drahách, které připomínají zóny z okolí Země známé jako Van Allenovy pásy. Tato odvození korespondují například s pozorováním neutronové hvězdy známé jako Vela Pulsar, učiněné NASA pomocí Rentgenové observatoře Chandra v roce 2010.

Snímek okolí neutronové hvězdy známé jako Vela Pulsar pořízený rentgenovou observatoří Chandra v roce 2010 ukazuje na struktury, které fyzikové z Opavy analyticky odvodili ve své vědecké práci Autor: NASA
Snímek okolí neutronové hvězdy známé jako Vela Pulsar pořízený rentgenovou observatoří Chandra v roce 2010 ukazuje na struktury, které fyzikové z Opavy analyticky odvodili ve své vědecké práci
Autor: NASA

Magnetická pole klíčem k bezpečnosti

Zemské magnetické pole chrání pozemšťany před nebezpečným kosmickým zářením a polární záře jsou vlastně jen viditelným důsledkem této ochrany – nebezpečné záření se totiž vybíjí vysoko v atmosféře a k povrchu Země se tak prakticky nedostane. Van Allenovy pásy obklopující naši planetu způsobují problémy zejména naším sondám a kosmickým misím, které se kvůli tomu musí dopředu plánovat tak, aby těmito pásy neprolétávaly. „Efekty, které pozorujeme v magnetosféře Země, 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 pomáhají i lépe pochopit některé jevy v magnetosféře naší planety,“ uzavírá Dr. Jaroslav Vrba.

Kontakty a další informace:

prof. RNDr. Zdeněk Stuchlík, CSc.
Ředitel Fyzikálního ústavu SU v Opavě,
spoluautor vědecké práce

Email: zdenek.stuchlik@physics.slu.cz

RNDr. Jaroslav Vrba, Ph.D.
Vědecký pracovník Fyzikálního ústavu SU v Opavě,
spoluautor vědecké práce

Email: jaroslav.vrba@physics.slu.cz
Telefon: +420 605 484 525

RNDr. Martin Kološ, Ph.D.
Odborný asistent na Fyzikálním ústavu SU v Opavě,
spoluautor vědecké práce

Email: martin.kolos@physics.slu.cz
Telefon: +420 553 684 395

RNDr. Arman Tursunov, Ph.D.
Odborný asistent na Fyzikálním ústavu SU v Opavě,
spoluautor vědecké práce

Email: arman.tursunov@physics.slu.cz
Telefon: +420 553 684 286

Mgr. Petr Horálek
PR výstupů evropských projektů FÚ SU v Opavě
Email: petr.horalek@slu.cz
Telefon: +420 732 826 853

Původní vědecká práce: https://arxiv.org/abs/2412.04996

Související zprávy:

[1] Opavští fyzikové měří „obezitu“ neutronových hvězd
[2] Za výzkumem neutronových hvězd do Švýcarska
[3] Planety u pulzarů mohou mít polární záře
[4] V roce 2024 bylo v Česku očima vidět 12 polárních září




Seriál

  1. Úřad NASA publikoval snímek opavské univerzity
  2. Poselství civilizacím z centra Galaxie
  3. Astrofyzikové ze Slezské univerzity pátrají po červích dírách
  4. Již druhý snímek opavské univerzity uspěl v NASA
  5. Zapojte se s opavskými fyziky do hledání tajemné látky ve vesmíru. Postačí chytrý telefon!
  6. Češi zrekonstruovali slavný záběr „Einsteinova“ zatmění Slunce. Snímek byl oceněn i v NASA
  7. Záhady fyziky hvězd pomáhá v Opavě řešit dalekohled „WHOO!“
  8. Opavští fyzikové patří mezi světovou špičku ve výzkumu černých děr
  9. Opavští fyzikové studují, jak ochránit lidstvo před nebezpečným zářením černých děr a využít jej v jeho prospěch
  10. Záhadné záření přivádí opavské fyziky k úvahám o paralelních vesmírech
  11. Dokumentární film „Do Chile za zatměním Slunce“
  12. Jak poznat červí díru? Fyzikové z Opavy navrhují, po čem mají pátrat pozemské observatoře i Vesmírný dalekohled Jamese Webba
  13. V Opavě vystoupí možný laureát Nobelovy ceny. Přednášet bude o vzniku snímků černých děr
  14. Kosmický teleskop ATHENA prověří jevy v okolí černých děr předpovězené fyziky v Opavě
  15. Pozorování kosmického záření pomůže předpovídat zemětřesení na Zemi, tvrdí opavský vědec
  16. Doktorandka z Fyzikálního ústavu v Opavě spolupracuje s vědci ve slavné laboratoři Los Alamos
  17. Kolize černých děr pomáhají studentce Fyzikálního ústavu v Opavě ověřit nové teorie gravitace
  18. Černé díry vyhrávají do vesmíru „kosmickými akordy“, zjistili opavští fyzikové
  19. Na neutronových hvězdách mohou vznikat polární záře, zjistili opavští fyzikové


O autorovi

Štítky: Astrofyzikální proGResy z Opavy, Neutronová hvězda


8. vesmírný týden 2025

8. vesmírný týden 2025

Přehled událostí na obloze a v kosmonautice od 17. 2. do 23. 2. 2025. Měsíc bude v poslední čtvrti a potká se ráno s hvězdou Antares. Večer září vysoko nejjasnější ze šesti viditelných planet, Venuše. Ještě výše je jasný Jupiter a lehce načervenalý Mars. Slabý Saturn je vidět jen za soumraku, Uran a Neptun dalekohledem. Merkur se koncem týdne vynoří večer nízko nad obzorem. Aktivita Slunce zůstává spíše na nízké úrovni. Blue Ghost se dostal na oběžnou dráhu kolem Měsíce. Před 100 lety se narodil objevitel planetek a komet Tom Gehrels.

Další informace »

Česká astrofotografie měsíce

VdB141LRGB

Titul Česká astrofotografie měsíce za leden 2025 obdržel snímek „VdB141“, jehož autorem je slovenský astrofotograf Pavol Kollarik   Již antický astronom Ptolemaios znal souhvězdí Cefea, představující krále bájné Etiopie a zároveň manžela královny Kasiopei a otce Andromedy. Po

Další informace »

Poslední čtenářská fotografie

ISS nad východním obzorem

Další informace »