Wykonane przez teleskop rentgenowski Chandra obserwacje pulsara Czarna Wdowa dostarczyły pierwszych dowodów na istnienie wydłużonego kokonu stworzonego przez wysokoenergetyczne cząstki. Odkrycie to pokazuje, że liczący sobie miliard lat pulsar jest bardzo efektywnym generatorem cząstek materii i antymaterii.

Pulsar oficjalnie znany jest jako B1957+20. Wywodzące się imię zyskał sobie, gdyż emituje wysokoenergetyczne promieniowanie, które niszczy jego towarzysza. Rozchodzący się we wszystkich kierunkach wiatr pochodzący od pulsara napotyka znacznie słabszy wiatr pochodzący od towarzysza Czarnej Wdowy, gwiazdy okrążającej pulsar co 9,2 godzin. Wiatry zderzają się w niewielkiej odległości od powierzchni gwiazdy-towarzysza, co generuje promieniowanie X widoczne na ilustracji. Wiatr pochodzący od pulsara oraz powstałe promieniowanie uderzają w gwiazdę, która w rezultacie powoli wyparowuje.

Chandra

Ilustracja przedstawia otoczenie pulsara Czarna Wdowa w mniejszej skali. Czerwona kropka to towarzysz B1957+20, który jest niszczony przez promieniowanie pulsara. Gaz zmywany z gwiazdy-towarzysza przez wiatr pochodzący z pulsara widoczny jest jako zakrzywiony purpurowy obłok materii.

B1957+20 porusza się przez galaktykę z prędkością miliona kilometrów na godzinę, powodując powstanie fali uderzeniowej widocznej przez teleskopy optyczne. Na zdjęciach z Chandry widoczna jest druga fala uderzeniowa, niewidoczna w świetle widzialnym. Rozchodzący się z prędkością bliską prędkości światła we wszystkich kierunkach wiatr wycina w otoczeniu pulsara owalną jaskinię, rozciągniętą w kierunku ruchu pulsara. W pewnej odległości od B1957+20 wiatr nagle zwalnia przystosowując się prędkości otaczającego gazu, co powoduje świecienie (oznaczone kolorem czerwonym) w promieniowaniu X na granicy „jaskini”. Na zdjęciach trójwymiarowych otoczka ta tworzy kokon widoczny na zdjęciach z Chandry.

Chandra

Wizja artystyczna emisji promieniowania widzialnego i rentgenowskiego przez pulsar Czarna Wdowa (B1957+20). Szybko rotujący pulsar widoczny jest jako biała gwiazda. Porusza się on od lewej do prawej strony ilustracji, powodując powstanie fali uderzeniowej.

„To pierwsze odkrycie podwójnej fali uderzeniowej w otoczeniu pulsara” – mówi Benjamin Stappers z ASTRON, autor artykułu, który ukazał się w lutowym wydaniu Science. – „Pozwoli astronomom przetestować teorie dynamiki wiatrów pochodzących od pulsarów i ich oddziaływania z otoczeniem„.

B1957+20 jest pulsarem milisekundowym, jego okres obiegu wynosi 0,0016 sekundy. Naukowcy uważają, że pulsary milisekundowe to bardzo stare gwiazdy neutronowe, których rotacja uległa przyspieszeniu w wyniku opadania materii napływającej od towarzysza. W rezultacie powstaje obiekt o masie 1,5 mas Słońca, średnicy półtora kilometra, kręcący się z częstotliwością setek obrotów na sekundę. Zaawansowany wiek, szybka rotacja i stosunkowo niewielkie pole magnetyczne przyporządkowują pulsary milisekundowe zupełnie innej klasie obiektów niż młode pulsary powstałe w wyniku eksplozji supernowej.

„Ta gwiazda przeszła niesamowitą podróż. Powstała podczas eksplozji supernowej jako młody aktywny pulsar, który po paru milionach lat zestarzał się, zwolnił i przestał być widoczny” – mówi Bryan Gaensler z Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics w Cambridge. – „Przez następne kilkaset milionów lat na martwy pulsar opadała materia z towarzysza, a jego pole magnetyczne dramatycznie zmalało. Pulsar przeszedł przez piekło, jednak w jakiś sposób dalej może generować wysokoenergetyczne cząstki, tak jak jego młodsi pobratymcy” – kontynuuje. Kluczem jest tu jego szybka rotacja.

Obserwacje Chandry potwierdzają tezę, że również gwiazdy neutronowe charakteryzujące się słabym polem magnetycznym mogą generować potężną siłę elektromagnetyczną, przyspieszać cząstki do dużych energii – generując potężny wiatr, jeśli tylko rotują wystarczająco szybko.