Czym jest magnetar? Najbardziej magnetyczna gwiazda we wszechświecie

Najbardziej ekstremalne magnesy we wszechświecie

Gdyby skompresować Słońce do rozmiarów małego miasta, otrzymalibyśmy gwiazdę neutronową. Weźmy tę gwiazdę neutronową i nadajmy jej pole magnetyczne tysiąc razy silniejsze niż zwykle, a otrzymamy magnetar – prawdopodobnie najbardziej ekstremalny obiekt w znanym wszechświecie.

Magnetary to rzadka podklasa gwiazd neutronowych, których pola magnetyczne osiągają wartości od 1013 do 1015 gausów, czyli są z grubsza bilion razy silniejsze niż pole magnetyczne Ziemi. Dla porównania, szpitalny rezonans magnetyczny generuje około 30 000 gausów. Magnetar, znajdujący się w połowie odległości Ziemi od Księżyca, wymazałby wszystkie karty kredytowe na planecie i wyciągnął żelazo z twojej krwi.

Jak powstaje magnetar

Magnetary rodzą się w gwałtownych momentach śmierci masywnych gwiazd. Kiedy gwiazda o masie od 10 do 25 razy większej niż masa Słońca wyczerpuje swoje paliwo jądrowe, jej jądro zapada się w milisekundach, wywołując wybuch supernowej. Pozostałością jest gwiazda neutronowa – obiekt o średnicy około 20 kilometrów, ale o masie większej niż masa Słońca, tak gęsty, że jedna łyżeczka jego materii ważyłaby ponad 100 milionów ton.

W około jednym na dziesięć przypadków takich kolapsów warunki są idealne do niezwykłego wzmocnienia energii magnetycznej. Zapadaające się jądro obraca się szybko – setki razy na sekundę – a turbulentna, przewodząca prąd elektryczny ciecz wewnątrz działa jak dynamo. Zgodnie z modelem opracowanym w latach 90. przez astrofizyków Roberta Duncana i Christophera Thompsona, to dynamo może przekształcić energię rotacyjną i cieplną w energię magnetyczną, zwiększając pole do poziomów magnetara w ciągu pierwszych sekund życia gwiazdy, jak wyjaśnia NASA w Imagine the Universe.

Pole magnetyczne jest następnie podtrzymywane przez trwałe prądy elektryczne płynące przez nadprzewodzącą warstwę głęboko wewnątrz gwiazdy neutronowej.

Co robią magnetary

Ekstremalne pole magnetara nie jest statyczne – zmienia się i ewoluuje, a kiedy to robi, konsekwencje są spektakularne.

• Trzęsienia gwiazd: W miarę jak pole magnetyczne się reorganizuje, napręża ono stałą zewnętrzną skorupę. Kiedy skorupa w końcu pęka, trzęsienie gwiazdy uwalnia wybuch energii. W 2004 roku magnetar o nazwie SGR 1806-20 wygenerował rozbłysk, który w ciągu zaledwie jednej dziesiątej sekundy uwolnił więcej energii niż Słońce wyemitowało w ciągu ostatnich 100 000 lat, zgodnie z EarthSky.
• Rozbłyski promieniowania rentgenowskiego i gamma: Rozpad pola magnetycznego nieustannie zasila emisję wysokoenergetycznego promieniowania. Magnetary należą do najjaśniejszych źródeł promieniowania rentgenowskiego na niebie.
• Miękkie powtarzalne rozbłyski gamma (SGR) i anomalne pulsary rentgenowskie (AXP): Są to dwie kategorie obserwacyjne, do których zaliczają się znane magnetary, wyróżniające się zachowaniem rozbłyskowym i trwałymi wzorcami emisji.

W Drodze Mlecznej znanych jest tylko około 30 potwierdzonych magnetarów, według Europejskiej Agencji Kosmicznej. Ich aktywne życie jest krótkie: po około 10 000 lat pole magnetyczne słabnie na tyle, że aktywność rozbłyskowa ustaje.

Magnetar uchwycony w momencie narodzin

Od dziesięcioleci astrofizycy podejrzewali, że magnetary zasilają klasę wyjątkowo jasnych eksplozji gwiazdowych zwanych superświetlnymi supernowymi – wybuchami do 100 razy jaśniejszymi niż zwykłe supernowe. Teoria głosiła, że nowo narodzony magnetar obracający się z prędkością setek obrotów na sekundę działa jak kosmiczny silnik, wstrzykując ogromną energię do otaczającego gazu. Ale bezpośredni dowód był nieuchwytny.

W marcu 2026 roku to się zmieniło. Astronomowie ogłosili w czasopiśmie Nature, że wykryli charakterystyczny „ćwierk” – oscylację jasności, której częstotliwość stale rośnie – wewnątrz superświetlnej supernowej, która wybuchła około miliarda lat świetlnych od nas. Jak donosi Science News, wzorzec ćwierkania tłumaczy się szybko obracającym się magnetarem wewnątrz wybuchu, którego precesujący dysk wyrzuconej materii kołysze się coraz szybciej w miarę ewolucji układu – efekt relatywistyczny znany jako precesja Lense-Thirringa, przewidziana przez ogólną teorię względności Einsteina.

Odkrycie, poparte badaniami z UC Berkeley i UC Santa Barbara, stanowi pierwszy przypadek, kiedy astronomowie skutecznie byli świadkami narodzin magnetara i potwierdzili jego rolę w napędzaniu jednego z najjaśniejszych zjawisk we wszechświecie, według Berkeley News.

Dlaczego magnetary mają znaczenie

Oprócz swojego wewnętrznego dramatyzmu, magnetary są laboratoriami dla fizyki niemożliwej do odtworzenia na Ziemi. Ich wnętrza zawierają materię o gęstościach, które testują granice chromodynamiki kwantowej – teorii opisującej, jak oddziałują kwarki i gluony. Zachowanie nadprzewodzących i nadciekłych składników głęboko wewnątrz gwiazdy neutronowej pozostaje aktywnym obszarem fizyki teoretycznej.

Magnetary zostały również zaproponowane jako możliwe źródło szybkich rozbłysków radiowych (FRB) – milisekundowych błysków fal radiowych wykrywanych z całego kosmosu. W 2020 roku magnetar w naszej własnej galaktyce wygenerował zdarzenie podobne do FRB, wzmacniając to powiązanie.

W miarę jak detektory fal grawitacyjnych stają się coraz bardziej czułe, a obserwatoria rentgenowskie mapują niebo z większą szczegółowością, magnetary pozostaną jednymi z najbardziej produktywnych obiektów w astrofizyce – na tyle ekstremalnymi, aby rzucić wyzwanie naszym najlepszym teoriom, i na tyle blisko granicy fizyki, że ich badanie przesuwa granice naszej wiedzy o materii, energii i samej czasoprzestrzeni.