Promieniowania gamma pulsara może podważyć hipotezy powstania tych obiektów

Promieniowania gamma pulsara może podważyć hipotezy powstania tych obiektówOriginal Press Release
Astronomom udało się wytropić pierwszy pulsar gamma w gromadzie kulistej.

Nieważne jak powstają owe niezwykłe pulsary – jedno wydaje się pewne: w gromadach kulistych obiekty te są tak młode, że zapewne powstają równie często, co większość normalnych pulsarów milisekundowych, które już znamy

Paulo Freire
Max Planck Institute for Radio Astronomy

Kiedy paliwo jądrowe w rdzeniu masywnej gwiazdy zostanie zużyte, gwiazda zapada się, a zapadając się uwalnia tyle energii, że przez krótką chwilę staje się miliardy razy jaśniejsza niż dotąd. Rozbłysk supernowej to także narodziny gwiazdy neutronowej, kompaktowego jądra atomowego o średnicy około 20 kilometrów, i masie wiele milionów razy większej od masy Ziemi. Gwiazda neutronowa obraca się bardzo szybko wokół własnej osi a naładowane, przyspieszone przez nią cząstki emitują promieniowanie elektromagnetyczne wzdłuż linii pola magnetycznego w różnych zakresach długości fali, jednocześnie wiązka tego promieniowania jest skolimowana wzdłuż osi pola magnetycznego pulsara – jak wiązka światła z latarni.

Tego rodzaju pulsary wirują w okresie od 16 milisekund do ośmiu sekund. Z kolei pulsary milisekundowe, których okres obrotu może trwać zaledwie 1,4 milisekundy obracają się jeszcze szybciej – odpowiada to 43 000 obrotów na minutę! Wedle przyjętych teorii początkowo niższa prędkość obrotowa pulsara ulega akceleracji w wyniku pobierania materii z towarzyszącej gwiazdy. W istocie, większość pulsarów milisekundowych można znaleźć w układach podwójnych.

Pulsary milisekundowe wykazują niezwykła stabilność tempa rotacji nawet w długich okresach czasu, a dokładność ich cyklu jest porównywalna z najlepszymi zegarami atomowymi na Ziemi. Są jak ogromne koła zamachowe w przestrzeni – mało co może mieć wpływ na szybkość ich rotacji. Obiekty te pomagają naukowcom w badaniach Ogólnej Teorii Względności, mogą być również wykorzystywane do poszukiwaniu fal grawitacyjnych i analizy właściwości niezwykłych stanów materii we wnętrzu pulsarów.

„Obecnie dzięki radioteleskopom odkryto już ponad 100 takich obiektów „- mówi Paulo Freire z Max Planck Institute for Radio Astronomy. -” Wysoka czułość teleskopu Fermi pozwoliła nam wyśledzić milisekundowego pulsara po raz pierwszy dzięki impulsom promieniowania gamma.” Naukowcy odkryli pulsar oznaczony symbolem katalogowym J1823-3021A w centrum gromady kulistej.

Gromady kuliste to bardzo stare roje setek tysięcy gwiazd, powiązanych ze sobą grawitacyjnie. Znajduje się w nich wiele układów podwójnych, które mogą prowadzić do powstawania pulsarów milisekundowych. Jedna z tych gromad – NGC 6624 – leży w obrębie gwiazdozbioru Strzelca. Gromda ta leży w centralnym regionie Drogi Mlecznej w odległości około 27 000 lat świetlnych od nas. Naukowcy odkryli w jego wnętrzu sześć pulsarów, z których J1823-3021A był pierwszym.

Z okresem rotacji wynoszącym zaledwie 5,44 milisekund (11 000 obrotów na minutę) jest także najjaśniejszym pulsarem jaki do tej pory odkryto w gromadzie kulistej. J1823-3021A został odkryty w paśmie radiowym już w 1994 roku. Od tego wykonano regularne pomiary sekwencji czasowej za pomocą dużych radioteleskopów, w szczególności radioteleskopu Lovell Uniwersytetu Manchester i radioteleskopu Nançay we Francji.

„Byliśmy bardzo zaskoczeni, gdy odkryliśmy, że pulsar jest również bardzo jasny w paśmie promieniowania gamma „- mówi Parent Damien z US Center for Earth Observing and Space Research. -” Nie spodziewaliśmy się, że pulsary milisekundowe mogą być tak jasne. Oznacza to nadspodziewanie silne pole magnetyczne jak na tak szybko obracającego się pulsara „

„To podważa obecne teorie dotyczących powstawania pulsarów milisekundowych „- wyjaśnia Michael Kramer, dyrektor Instytutu Maxa Plancka w Bonn i szef grupy badawczej Fundamental Physics in Radio Astronomy. -” Obecnie badamy cały szereg możliwych wyjaśnień. Być może Wszechświat tworzy milisekundowe pulsary w jakiś sposób, o którym jeszcze nie pomyśleliśmy.”

Źródła:

Millisecond pulsar in spin mode

Astronomers have tracked down the first gamma-ray pulsar in a globular cluster of stars. It is around 27,000 light years away and thus also holds the distance record in this class of objects. Moreover, its high luminosity indicates that J1823-3021A is the youngest millisecond pulsar found to date, and that its magnetic field is much stronger than theoretically predicted. This therefore suggests the existence of a new population of such extreme objects. The discovery was made by Paulo Freire and an international team of scientists from the Max Planck Institute for Radio Astronomy in Bonn. The researchers evaluated data from the Fermi space telescope.

When the nuclear fuel in the core of a massive star is spent, the star collapses and releases so much energy in the process that it briefly radiates a billion times brighter than before. Such a supernova also marks the birth of a neutron star, an extremely compact atomic nucleus with a diameter of around 20 kilometres but several million times the mass of the Earth. The neutron star spins very rapidly about its axis and accelerated; charged particles emit electromagnetic radiation along the magnetic field lines in different wavelength bands. This radiation is bundled along the magnetic field’s axis – like the light beam from a beacon.

Such a pulsar has rotational periods of between 16 milliseconds and eight seconds. The so-called millisecond pulsars, which have rotational periods down to 1.4 milliseconds, rotate even faster – this corresponds to 43,000 rotations per minute! It would seem that the initially lower rotational speed was subsequently increased as matter was accreted from a companion star. It is indeed the case that most of these millisecond pulsars can be found in binary star systems.

Millisecond pulsars have an extremely high rotational stability – even on long time scales; their cycle accuracy is comparable with that of the best atomic clocks on Earth. They are like huge flywheels in space, and hardly anything can affect their rotation. These objects can assist scientists to test the General Theory of Relativity; they can also be used in the search for gravitational waves and to analyse the properties of the superdense matter in the pulsar.

“We have now discovered more than 100 of these objects with radio telescopes,” says Paulo Freire from the Max Planck Institute for Radio Astronomy. “The high sensitivity of the Fermi telescope has now enabled us to track down a millisecond pulsar by its gamma radiation as well for the first time.” The researchers found the pulsar with the designation J1823-3021A in the centre of a globular cluster.

Globular clusters are very old swarms of hundreds of thousands of stars whose gravitational forces bind them to each other. They are home to a large number of binary star systems that can lead to the formation of millisecond pulsars. One of these star clusters is NGC 6624 out towards the Sagittarius constellation. It is in the central region of our Milky Way, around 27,000 light years away. The researchers have been able to find a total of six pulsars in this globular cluster; J1823-3021A was the first.

With a rotational period of only 5.44 milliseconds (11,000 rotations per minute) it is also the most luminous pulsar detected to date in a globular cluster. J1823-3021A had already been discovered in the radio band back in 1994. Since then, regular time sequence measurements have been carried out with large radio telescopes, in particular with the Lovell telescope of the University of Manchester (Great Britain) and the Nançay telescope in France.

“We were very surprised to discover that the pulsar radiates very brightly in the gamma radiation band as well,” says Damien Parent from the US Center for Earth Observing and Space Research. “We did not expect these millisecond pulsars to be so bright. This implies an unexpectedly strong magnetic field for such a rapidly rotating pulsar.”

“This is a challenge for our current theories regarding the formation of such pulsars,” explains Michael Kramer, Director at the Max Planck Institute in Bonn and head of the Fundamental Physics in Radio Astronomy research group there. “We are currently investigating a whole series of possible explanations. Nature might even be forming millisecond pulsars in a way that we do not even have on the radar as yet.”

“No matter how these anomalous pulsars might form, one thing seems to be certain,” says Paulo Freire: “In globular clusters, at least, these are objects so young that they are probably forming as often as the large number of normal millisecond pulsars which we already know about.”

Written by admin

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *