Nowoodkryte pulsary Fermiego. Kosmiczne obserwatorium promieniowania gamma pomaga nam zrozumieć te enigmatyczne obiekty

W tym artykule:

1. Czym są pulsary?
2. Kosmiczne latarnie
3. Pulsary gamma
4. Precyzja pulsara
5. Pulsary pajęcze

Dodanie 294 wcześniej niezidentyfikowanych gwiazd oznacza, że katalog pulsarów gamma zidentyfikowanych dzięki obserwatorium Fermiego (Fermi Large Area Telescope) zawiera obecnie ponad 340 obiektów. Gdy teleskop rozpoczynał swoją pracę na orbicie, a miało to miejsce w 2008 roku, znanych było tylko 10 pulsarów. Wydany niedawno Trzeci Katalog Pulsarów Promieniowania Gamma (ang. Third Fermi Large Area Telescope Catalog of Gamma-Ray Pulsars) jest prawdziwą skarbnicą informacji, które pomogą nam zrozumieć te enigmatyczne obiekty.

Czym są pulsary?

– Badanie pulsarów jest sposobem na prowadzenie wyjątkowo szerokiego zakresu badań astrofizycznych, od promieniowania kosmicznego i ewolucji gwiazd po poszukiwanie fal grawitacyjnych i ciemnej materii – komentuje wydanie katalogu astrofizyk David Smith z Bordeaux Astrophysics Laboratory, będącego częścią francuskiego Narodowego Centrum Badań Naukowych (CNRS).

Pulsary należą do ekstremalnych obiektów we Wszechświecie. Są to szybko rotujące gwiazdy neutronowe o silnym dipolowym polu magnetycznym. Jako podkategoria gwiazd neutronowych, tworzą się po zapadnięciu się jąder masywnych gwiazd. Masywnych, lecz nie na tyle masywnych, by zapadające się jądro przekształciło się w czarną dziurę.

– Nowy katalog gromadzi pełne informacje o wszystkich znanych pulsarach gamma, co da nam szansę na znalezienie nowych ścieżek badania tych
niezwykłych, martwych gwiazd – dodaje astrofizyk.

Kosmiczne latarnie

To, czym pulsary odróżniają się od gwiazd neutronowych, jest emitowanie ze swoich biegunów potężnych strumieni promieniowania. Działają niczym reflektor latarni morskiej, wysyłający sygnał przez przestrzeń kosmiczną. Określa się to mianem pulsowania, stąd nazwa – pulsary.

Poza tym pulsary rotują z niewiarygodną prędkością. Wiele z tych gwiazd, znanych jako pulsary milisekundowe (MSP), może wykonać pojedynczy obrót w ciągu 10 milisekund. Najszybszy znany pulsar obraca się 716 razy na sekundę.

Odkrycie pulsarów zawdzięczamy angielskiej radioastronomce, Jocelyn Bell Burnell. W 1967 roku młoda doktorantka pracowała w Mullard Radio Astronomy Observatory w Cambridge pod kierunkiem jednego z pionierów radioastronomii, prof. Antony’ego Hewisha. To w danych pozyskanych z tego radioteleskopu odnalazła dziwne źródło radiowe – oznaczone wówczas symbolem CP 1919+21 – wysyłające stałe impulsy radiowe z bardzo dużą regularnością w odstępach co 1,34 s.

Informacja o odkryciu pierwszego pulsara zelektryzowała środowisko naukowe, a za samo odkrycie przyznano pierwszą w historii Nagrodę Nobla z fizyki za odkrycie astrofizyczne. Jednak otrzymała ją nie Jocelyn Bell Burnell, lecz jej promotor, co było krytykowane przez wielu naukowców.

Pulsary gamma

Dzisiaj znamy około 3400 pulsarów. Jednak tylko niewielka liczba może emitować najpotężniejsze znane promieniowanie we Wszechświecie –
promieniowanie gamma. W swoich potężnych polach magnetycznych pulsary gamma przyspieszają cząstki do ekstremalnie wysokich energii, co skutkuje rozbłyskami silnego, niewidzialnego światła.

Według nowego katalogu, około 10 procent znanych pulsarów to właśnie emitery promieniowania gamma. Chociaż to, co jesteśmy w stanie wykryć,
może podlegać pewnym błędom selekcji – na przykład ograniczeniom naszej technologii – jest to wystarczająco znacząca próbka, aby określić, co sprawia, że pulsar jest emiterem gamma.

Kosmiczna ćma na najbardziej kolorowym zdjęciu Wszechświata, jakie kiedykolwiek wykonano

Kosmiczne Teleskopy Jamesa Webba i Hubble’a połączyły siły, aby sfotografować gromadę galaktyk oddaloną od nas o 4,3 miliarda lat świetlnych. Na tym jednym z najbardziej kolorowych zdję..

Precyzja pulsara

Można będzie tego użyć do tworzenia nowych, kosmicznych technologii. Pulsary są niezwykle precyzyjnym źródłem pomiaru czasu, zwłaszcza te z
prędkościami rotacji w skalach milisekundowych. Oznacza to, że mogą być używane do zastosowań takich jak nawigacja kosmiczna. W nowowydanym katalogu zarejestrowano 144 tego typu pulsary.

Możemy ich również używać do wykrywania fal grawitacyjnych. Jest to możliwe dzięki monitorowaniu anomalii w wysyłanych sygnałach. Mogą one sugerować ekspansje i skurcze czasoprzestrzeni, które występują, gdy przetacza się fala grawitacyjna z masywnego wydarzenia. Pulsary można też wykorzystać do przeprowadzenia testów teorii względności.

– Przed wysłaniem w kosmos obserwatorium Fermiego nie wiedzieliśmy, czy MSP będą widoczne przy wysokich energiach. Ale okazuje się, że większość z nich emituje promieniowanie gamma. Pulsary milisekundowe stanowią połowę naszego katalogu – mówi astronom Lucas Guillemot z Laboratorium Fizyki i Chemii Środowiska i Przestrzeni Kosmicznej oraz Uniwersytetu w Orleanie we Francji.

Pulsary pajęcze

Spora liczba nowych pulsarów – około 45 – to tzw. pulsary pajęcze, w których pulsar pobiera materię z układu podwójnego.

– Zostały nazwane w nawiązaniu do pajęczaków, które zjadają swoich mniejszych partnerów – mówi astronomka Megan DeCesar z George Mason University i US Naval Research Laboratory.

– Coś podobnego może się wydarzyć, gdy gwiazda neutronowa i jej towarzysz w układzie podwójnym znajdują się bardzo blisko siebie. Intensywne
promieniowanie i wiatr cząstek z pulsara pożerają powierzchnię drugiej gwiazdy, powodując powstanie „purchawki” odparowanej materii – dodaje.

Naukowcy uważają, że obserwatorium Fermiego, choć jest na orbicie od wielu lat, nadal ma przed sobą wiele odkryć. Kolejne 100 pulsarów gamma leży w sferze możliwości.

– Ponad 15 lat po starcie Fermi wciąż jest niesamowitą maszyną odkrywczą polującą na pulsary i gwiazdy neutronowe – mówi astronomka Elizabeth Hays z NASA Goddard Space Flight Center.

Nasz ekspert

Ewelina Zambrzycka-Kościelnicka

Dziennikarka i redaktorka zajmująca się tematyką popularnonaukową. Związana z magazynami portali Gazeta.pl oraz Wp.pl. Współautorka książek „Człowiek istota kosmiczna”, „Kosmiczne wyzwania” i „Odważ się robić wielkie rzeczy”.