Droga Mleczna wypełniona jest stygnącymi pozostałościami po gwiazdach. Gdy najbardziej masywne gwiazdy „zakończą” swoje życie jako supernowe, nie znikają, ale często bardzo mocno świecą w zakresie wysokoenergetycznych promieni gamma. Ale jakie siły sprawiają, że te pozostałości tak promieniują?

Artykuł napisała Bernadetta Fryczkowska.

Z pomocą w rozwiązaniu tej zagadki przychodzi Nuclear Spectroscopic Telescope Array ((NuSTAR) – satelita astronomiczny agencji NASA zawierający teleskop kosmiczny przeznaczony do obserwacji wysokoenergetycznego promieniowania rentgenowskiego (w zakresie energii od 8 do 80 keV), a w szczególności do spektrometrii promieniowania gamma. Urządzenie to było w stanie przyjrzeć się konkretnemu źródłu i odkryć skąd pochodzi jego promieniowanie gamma. Okazało się, że odpowiada za nie pulsar, czyli bardzo szybko wirujące pozostałości po wybuchu supernowej.

Nie jest to pierwszy raz, kiedy odkryto, że to właśnie pulsar jest źródłem intensywnego promieniowania gamma. Jednakże użycie NuSTAR znacznie pomogło w identyfikacji ze względu na znaczną odległość do przedmiotu badań. NuSTAR dołączyło do należącego do NASA teleskopu rentgenowskiego Chandra, kosmicznego teleskopu promieniowania gamma Fermi oraz obserwatorium H.E.S.S. (High Energy Stereoscopic System ) ulokowanego w Namibii, z których każdy ma własne mocne strony, w prowadzeniu badań nad ewolucją tych martwych, ale niezbyt spokojnych gwiazd.

Energia z tych gwiezdnych pozostałości jest wystarczająca do generowania promieni gamma, które obserwujemy”, mówi Eric Gotthelf z Columbia University w Nowym Jorku, główny autor prac na ten temat, opublikowanych na łamach „Astrophysical Journal”. Według niego, pomimo, że źródłami promieni gamma najczęściej są pulsary, nie można wykluczyć innych obiektów. Jako przykłady wymienia zewnętrzne powłoki pozostałe po wybuchu supernowej, układy podwójne gwiazd świecące promieniami rentgenowskimi i obszary formowania się gwiazd.

W ostatnich latach dzięki projektowi Max-Planck Institute for Astronomy o nazwie H.E.S.S., zidentyfikowano w naszej Drodze Mlecznej ponad 80 niesamowicie potężnych obszarów promieni gamma, nazywanych wysokoenergetycznymi źródłami gamma. Większość z nich została powiązana z dawnymi supernowymi, ale dla wielu główne źródło promieniowania pozostaje nieznane.

Zdjęcie przedstawia teleskop projektu H.E.S.S.

Odkryte przez to obserwatorium źródło promieni gamma zostało nazwane HESS J1640-465 i jest jednym z najmocniej świecących ze znanych nam obiektów. Dotychczas wiedziano, że jest ono w jakiś sposób powiązane z supernową, ale nie znano pochodzenia jego mocy. Dane, które zostały dostarczone z teleskopów Chandra i XMM-Newton sugerowały, że jest możliwym iż to pulsar jest źródłem promieni gamma, jednak potwierdzenie tego faktu nie było możliwe ze względu na chmury gazu przesłaniające widok i utrudniające wnikliwsze badania.

Na szczęście NuSTAR pomógł uzupełnić dane z teleskopów Chandra i XMM-Newton dzięki swojej zdolności obserwowania promieniowania rentgenowskiego, które potrafiło się przebić przez przeszkadzający gaz. Dodatkowo teleskop NuSTAR potrafi zmierzyć zmienność tego promieniowania z bardzo dużą dokładnością. Dzięki tej właśnie zdolności NuSTAR miało możliwość zarejestrować wysokoenergetyczne promienie X wysyłane regularnie w szybkim tempie przez HESS J1640-465. Pozwoliło to odkryć pulsara, który rotuje w tempie 5 obrotów na sekundę i jest podstawowym źródłem obydwu rodzajów promieniowania – rentgenowskiego i gamma.

W jaki sposób pulsar produkuje wysokoenergetyczne promieniowanie? Bardzo silne pole magnetyczne wytwarzane wokół pulsara generuje pole elektryczne, które przyspiesza cząstki znajdujące się w pobliżu jego powierzchni do niezwykle wielkich prędkości, bardzo bliskich prędkości światła. Te szybko poruszające się cząstki wchodzą w interakcje z polem magnetycznym i produkują potężne wiązki wysokoenergetycznych promieni rentgenowskich i gamma.

Schemat pulsara

Odkrycie co jest źródłem mocy pulsara HESS J1640-465 pozwala astronomom testowanie modeli podstawowych praw fizyki, które generują powstawanie tych nadzwyczajnych i rzadkich źródeł promieni gamma”, mówi Gotthelf. Autorzy tych badań sądzą, że całkiem możliwe jest, że inne źródła promieni gamma tak naprawdę też są pulsarami, ale na razie nie umiemy ich wykryć – przy użyciu NuSTAR powinniśmy znaleźć więcej ukrytych pulsarów.

Ponadto nowe dane pozwoliły astronomom zmierzyć dlaczego tempo rotacji pulsara spada (o około 30 mikrosekund na rok), jak i również jak to spowolnienie zmienia się w wraz z upływem czasu. Wyniki badań pomogą badaczom zrozumieć w jaki sposób te wirujące magnesy – jądra pozostałe po gwiazdach – mogą być źródłami tak ekstremalnego promieniowania w naszej galaktyce.

Autor

Redakcja AstroNETu
Redakcja AstroNETu