Pulsary milisekundowe w gromadach kulistych

Wizja artystyczna przedstawiająca pulsar milisekundowy i jego towarzysza w układzie podwójnym. Źródło: ESA & Francesco Ferraro (Bologna Astronomical Observatory)
Wizja artystyczna przedstawiająca pulsar milisekundowy i jego towarzysza w układzie podwójnym. Źródło: ESA & Francesco Ferraro (Bologna Astronomical Observatory)

Kiedy gwiazda o masie równej 9-10 masom Słońca kończy swoje życie, eksploduje jako supernowa pozostawiając po sobie jedynie gwiazdę neutronową. Tego typu pozostałości po gwieździe charakteryzują się masą od jednej do kilku mas Słońca lecz średnicą równą zaledwie kilkudziesięciu kilometrów. Gwiazdy neutronowe gwałtownie rotują, a jeżeli posiadają silne pola magnetyczne, naładowane cząsteczki uwięzione w nich emitują promieniowanie magnetyczne w formie wąskich strumieni omiatających przestrzeń kosmiczną z każdym obrotem gwiazdy neutronowej wokół własnej osi. Gdy oś rotacji skierowana jest w odpowiednią stroną, tego typu dżety mogą regularnie, co kilka sekund lub nawet częściej, omiatać Ziemię. Tego typu gwiazdy neutronowe nazywamy pulsarami – to dramatyczne, silne pamiątki po gwiazdach, które eksplodowały jako supernowe.

Pulsary milisekundowe to pulsary, które rotują kilkaset razy na sekundę. Astronomowie doszli do wniosku, że tego typu obiekty mogą zwiększać tempo rotacji poprzez akrecję materii z pobliskiego gwiezdnego towarzysza. Aktualnie znamy prawie 3000 pulsarów milisekundowych. Około 5 procent z nich odkryto w gromadach kulistych – grawitacyjnie związanych, niemal sferycznych zbiorach gwiazd zawierających nawet milion gwiazd na obszarze zaledwie kilkudziesięciu lat świetlnych. Tak zatłoczone środowisko charakteryzuje się idealnymi warunkami do powstawania układów podwójnych, a niemal osiem procent pulsarów w gromadach kulistych to właśnie pulsary milisekundowe. Przykładowo, w gromadzie kulistej 47 Tucanae (47 Tuc) odkryto dwadzieścia pięć pulsarów milisekundowych.

Maureen van den Berg, astronomka z Centrum Astrofizyki Harvarda (CfA) była członkiem zespołu astronomów, którzy badani cztery nietypowe pulsary milisekundowe w układach podwójnych w gromadzie 47 Tuc o nieznanych parametrach orbitalnych.  Informacje o orbitach są kluczowe do zrozumienia pochodzenia i ewolucji pulsarów, ich transferu masy i tempa przyspieszania, a nawet do precyzyjnego poznania ich mas. Naukowcy przeanalizowali dane zebrane podczas 519 obserwacji radiowych gromady 47 Tuc wykonanych na przestrzeni szesnastu lat.  Najkrótszy odkryty okres orbitalny pulsara w tej grupie wynosi zaledwie 0,15 dni. Najdłuższy trwał natomiast 10,9 dni (tak naprawdę dokładność pomiaru sięga dziewiątej liczby po przecinku) a pulsar miał orbitę bardziej kołową niż orbita Ziemi – de facto był to najbardziej kołowy układ ze wszystkich kiedykolwiek odkrytych w gromadach kulistych. Astronomowie szacują, że ten układ podwójny prawdopodobnie powstał gdy gwiazda neutronowa natrafiła na układ podwójny, przechwyciła swojego gwiezdnego towarzysza, a następnie zaczęła akreować materię stając się pulsarem. (Możliwy jest także drugi, mniej prawdopodobny scenariusz, w którym układ podwójny powstał i ewoluował od samego początku.) Naukowcy  przeprowadzili podobne badania także na pozostałych trzech obiektach. Wyniki, pierwsze z całej serii artykułów opisujących milisekundowe pulsary w 47 Tuc, opisują po raz pierwszy cztery z jej pulsarów – w tym jeden z najciekawszych – i dostarczają nam nowego wglądu w ich ewolucję oraz warunki panujące w otoczeniu, w którym powstawały.

Więcej informacji:

Źródło: CfA