Dzięki misji kosmicznej NuSTAR, naukowcy potwierdzili, że Eta Carinae, najjaśniejszy i najmasywniejszy układ gwiezdny w zasięgu 10 tysięcy lat świetlnych od Ziemi, przyspiesza cząstki do bardzo wysokich energii. Co więcej, niektóre z nich mogą docierać do Ziemi w postaci promieni kosmicznych.

Do Układu Słonecznego docierają promienie kosmiczne o energii większej niż 1 miliard elektronowoltów (eV). Cząstki te niosą ładunek elektryczny, dlatego gdy natrafiają na pole magnetyczne, zmieniają tor swego lotu. Wtedy następuje mieszanie się trajektorii, a ustalenie pochodzenia tych cząstek jest niemożliwe.

Układ podwójny Eta Carinae znajduje się około 7500 lat świetlnych od Ziemi w gwiazdozbiorze Kila. Składa się z dwóch gwiazd o masach 90 i 30 mas Słońca. W XIX wieku, w układzie zarejestrowano tajemniczy wybuch, przez co Eta Carinae przez pewien czas była drugim najjaśniejszym obiektem na niebie. Gwiazda wyrzuciła wtedy masywną mgławicę w kształcie klepsydry, lecz dotychczas nie ustalono, co mogło być przyczyną tego wybuchu.

Gwiazdy wchodzące w skład Eta Carinae w momencie największego zbliżenia dzieli odległość 225 milionów kilometrów – dla porównania, jest to średnia odległość między Marsem a Słońcem. Obie gwiazdy generują potężne wiatry gwiazdowe, a miejsce, w którym dochodzi do zderzenia tych wiatrów, zmienia się podczas cyklu orbitalnego. Powoduje to powstawanie okresowego sygnału promieni X o niskiej energii. Astronomowie śledzili ten sygnał od ponad 20 lat.

Czerwone kolory oznaczają energie rzędu 300-1000 eV, zielonym kolorem oznaczono energie rzędu 1000-3000 eV, natomiast niebieskie wskazują na energie od 3000 do 10000 eV. Źródło: NASA/CXC and NASA/JPL-Caltech

Kosmiczny teleskop promieniowania gamma Fermi GST obserwuje zmiany zachodzące w tych promieniowaniach, pochodzących ze źródła, które znajduje się w kierunku Eta Carinae, lecz ostrość tego instrumentu badawczego nie jest wystarczająca, aby można było potwierdzić związek między promieniowaniem a wspomnianym układem gwiazd.

Kenji Hamaguchi, astrofizyk z Centrum Lotów Kosmicznych imienia Roberta H. Goddarda w Greenbelt w stanie Maryland i jego zespół postanowił skorzystać z danych, pozyskanych dzięki misji NuSTAR. Jest to satelita astronomiczny, należący do agencji NASA, który zawiera teleskop kosmiczny, przeznaczony do obserwacji wysokoenergetycznego promieniowania rentgenowskiego, a w szczególności do spektrometrii promieniowania gamma. Naukowcy dokonali analizy danych z NuSTAR z okresu od marca 2014 do czerwca 2016 roku. Wzięto również pod uwagę obserwacje rentgenowskie o niższych energiach, których w tym samym czasie dokonał satelita XMM-Newton.

Niskoenergetyczne promienie X z Eta Carinae pochodzą z gazu na styku zderzających się wiatrów gwiazdowych, gdzie temperatury przekraczają 40 milionów stopni Celsjusza. Jednak satelita NuSTAR wykrył źródło promieniowania rentgenowskiego o energii powyżej 30 tysięcy eV – około trzy razy wyższej, niż można wytłumaczyć falami uderzeniowymi, powstałymi w wyniku zderzających się wiatrów gwiazdowych.

Analizy przeprowadzone przez astronomów wskazują, że „twarde” promienie X zmieniają się wraz z okresem orbitalnym Eta Carinae i pokazują podobny wzór uwalniania energii do promieni gamma, obserwowanych przez kosmiczny teleskop Fermi GST. Najlepszym wyjaśnieniem „twardych” promieni X oraz promieni gamma, zdaniem naukowców, są elektrony przyspieszane podczas gwałtownych fal uderzeniowych wzdłuż granicy zderzających się wiatrów gwiazdowych. Promienie rentgenowskie, wykryte przez NuSTAR, oraz promienie gamma namierzone przez Fermi GST pochodzą z promieniowania gwiazd, które otrzymało dodatkową ogromną energię dzięki interakcjom z tymi elektronami.

Niektóre superszybkie elektrony, a także inne przyspieszone cząstki, muszą uciekać z tego systemu i prawdopodobnie część z nich uderza w Ziemię, gdzie mogą być wykrywane jako promienie kosmiczne. Już od pewnego czasu przypuszczano, że region wokół układu Eta Carinae może być źródłem emisji wysokoenergetycznych promieni X i promieni gamma, lecz dopiero dzięki danym z misji NuSTAR udało się potwierdzić ich pochodzenie. Wyniki badań opublikowano w czasopiśmie Nature Astronomy.