Badanie punktów końcowych ewolucji gwiazd

Silna grawitacja i ekstremalne pola magnetyczne sprawiają, że gwiazdy neutronowe i czarne dziury są niezrównanymi poletkami testowymi z zakresu fizyki cząstek elementarnych, ogólnej teorii względności oraz zjawisk magnetyczno-hydrodynamicznych. Uczestnicy finansowanego ze środków UE projektu ACCRETION STATES (Multiwavelength spectral timing of black holes and neutron stars: A new step in our understanding of accretion processes) zajmowali się procesem napędzającym te obiekty astrofizyczne: akrecją.

Akrecyjne gwiazdy neutronowe i czarne dziury należą do najjaśniejszych obiektów na niebie obserwowanym w zakresie fal rentgenowskich. Obserwacje rentgenowskie gwiazd neutronowych pozwoliły astrofizykom na przyjrzenie się zachowaniom materii w najbardziej ekstremalnych warunkach gęstości i siły pola magnetycznego. Z drugiej strony, akrecyjne czarne dziury były jedynymi obiektami astrofizycznymi, które umożliwiły badanie zjawisk zachodzących w obrębie kilku promieni grawitacyjnych od ich źródła.

Badanie prowadzone w ramach projektu ACCRETION STATES było oparte na obserwacjach kilkunastu czarnych dziur ponad 50 gwiazd neutronowych. Jest to największa dostępna próba obserwacji, która powinna umożliwić klasyfikację ich zachowania na odrębne "stany" akrecji. Cechujące się różnymi właściwościami spektralnymi i czasowymi stany te odzwierciedlają geometrię i wydajność promieniowania strumieni akrecyjnych.

W tzw. stanie twardym, obserwowanym w początkowym wzroście akrecji, widmo promieniowania rentgenowskiego jest zdominowane przez emisję komptonowską i cechuje się dużą zmiennością. Po nim następuje stan miękki charakteryzujący się względnie stałą jaskrawością. Przy dominacji akrecji termicznej jaskrawość źródła powoli słabnie, aż do powrotu do stanu twardego. To zachowanie, znane jako histereza, występuje powszechnie zarówno w układach gwiazd neutronowych, jak i układach zawierających czarne dziury.

Ustalenia te opisano w licznych publikacjach na łamach czasopism naukowych oraz prezentowano na międzynarodowych konferencjach naukowych. Projekt ACCRETION STATES przyczynił się do empirycznego zbadania zmian zachodzących w widmach promieniowania rentgenowskiego powiązanych z kluczowymi etapami ewolucji gwiazd, a także do rozwinięcia niektórych teorii dotyczących ich pochodzenia.