Amator astronomii pomaga odkryć tajemnice unikalnego układu podwójnego

Wizja artystyczna przedstawiająca typowy pulsar milisekundowy zasysający materię z gwiezdnego towarzysza. Źródło: NASA
Wizja artystyczna przedstawiająca typowy pulsar milisekundowy zasysający materię z gwiezdnego towarzysza. Źródło: NASA

Zawodowy astronom wraz z amatorem astronomii wspólnie odkryli zaskakujące szczegóły dotyczące nietypowego układu podwójnego typu MSP, w którym jednym z obiektów jest pulsar milisekundowy – w tym przypadku jeden z najszybciej rotujących w naszej Galaktyce – a drugim gwiazda mu towarzysząca.

Ich obserwacje, których wyniki zostaną opublikowane w grudniowym wydaniu periodyku Astrophysical Journal to pierwszy w historii przypadek zaobserwowania plam gwiezdnych na gwieździe towarzyszącej pulsarowi milisekundowemu. Co więcej, w danych obserwacyjnych zauważono, że gwiazda towarzysząca charakteryzuje się silnym polem magnetycznym. Takie informacje mogą pomóc nam w zrozumieniu dlaczego niektóre pulsary w układach podwójnych MSP włączają się i wyłączają.

John Antoniadis, Instytutu Astronomii i Astrofizyki Dunlapa na Uniwersytecie w Toronto oraz Andre van Staden, amator astronomii z RPA przeanalizowali dane obserwacyjne jasności gwiazdy towarzyszącej pulsarowi wykonane przez van Stadena na przestrzeni 15 miesięcy za pomocą 30-centymetrowego reflektora i kamery CCD. Analiza danych ujawniła nieoczekiwane wzrosty i spadki jasności gwiazdy.

W typowym układzie MSP oddziaływanie grawitacyjne ze strony pulsara zaburza kształt gwiazdy mu towarzyszącej sprawiając, że przyjmuje ona kształt kropli. Kiedy tak krąży wokół pulsara widzimy cykliczne wzrosty i spadki jej jasności. Gwiazda towarzysząca jest najjaśniejsza w dwóch punktach swojej orbity – kiedy widzimy jej szeroki, wydłużony, gruszkowaty kształt, najciemniejsza natomiast pomiędzy tymi punktami, kiedy widzimy tylko jej kołowy kszałt. Dlatego też jasność tej gwiazdy z naszego punktu w przestrzeni zmienia się w czasie gdy oba obiekty podróżują po swoich orbitach.

Jednak obserwacje Antoniadisa i van Stadena wykazały, że jasność towarzysza nie była zsynchronizowana z 15-godzinnym okresem orbitalnym układu. Zamiast tego szczyty jasności gwiazdy pojawiały się coraz później, niezależnie od pozycji towarzysza na orbicie.

Antoniadis oraz van Staden doszli do wniosku, że przyczyną takiego stanu rzeczy są plamy gwiezdne, odpowiednik znanych z powierzchni Słońca plam słonecznych, które to obniżały jej jasność. Co więcej, plamy były dużo większe w stosunku do średnicy gwiazdy niż plamy słoneczne.

Badacze uświadomili sobie także, że gwiazda towarzysząca nie jest pływowo zsynchronizowana z pulsarem tak jak Księżyc z Ziemią. Okres rotacji gwiazdy jest nieco krótszy niż jej okres orbitalny – co może tłumaczyć jej nietypową krzywą zmian blasku.

Obecność plam gwiezdnych pozwoliła badaczom ustalić, że gwiazda charakteryzuje się silnym polem magnetycznym, które jest niezbędne do powstania takich plam.

Jako aktywny amator astronomii od wielu już lat, van Staden szczególnie interesuje się pulsarami. W 2014 roku przypadkiem trafił na stronę opisującą badania Antoniadisa nad układami MSP z optycznymi towarzyszami.

„Zauważyłem, że układ podwójny MSP J1723-2837 doskonale nadaje się do obserwacji z RPA,” mówi van Staden, „Oprócz tego dostrzegłem, że dla tego konkretnego systemu nie została jeszcze wyznaczona krzywa zmian blasku.”

„Uświadomiłem sobie, że wykonano niewiele obserwacji tego układu, ponieważ zawodowi astronomowie nie mogą korzystać z profesjonalnych teleskopów przez długie okresy czasu, ale już amatorzy mają znacznie więcej czasu na takie długoterminowe kampanie obserwacyjne.”

„Takiego zestawu danych nie widziałem jeszcze nigdy,” mówi Antoniadis o danych uzyskanych przez van Stadena, „zarówno pod względem jakości jak i zakresu czasowego. Zachęcałem Andre do kontynowania obserwacji jak najdłużej.”

Obserwacje takie jak te, które prowadzi van Staden są kluczowe w rozwiązywaniu zagadek dotyczących ewolucji i złożonego związku MSP z gwiazdą towarzyszącą.

Andre van Staden w swoim prywatnym obserwatorium. Źródło: Andre van Staden
Andre van Staden w swoim prywatnym obserwatorium. Źródło: Andre van Staden

Zazwyczaj, nowo powstała gwiazda neutronowa karmi się gazem grawitacyjnie ściąganym z gwiezdnego towarzysza. Gdy pulsar nabiera masy, nabiera także momentu pędu i zaczyna obracać się coraz szybciej.

W końcu gwiazda neutronowa rotuje w tempie kilkuset razy na sekundę. Wtedy rozpoczyna się kolejna faza jej ewolucji. Gwiazda neutronowa zaczyna emitować strumienie intensywnego promieniowania, które widzimy jako regularne błyski: wtedy gwiazda neutronowa staje się pulsarem.

W tym momencie pulsar zaczyna emitować intensywne strumienie promieniowania gamma i silne wiatry gwiezdne, które powstrzymują przypływ materii z jego towarzysza. Gwiazda towarzysząca przestaje być pożerana przez pulsar, choć nie jest to koniec jej cierpień – teraz bowiem promieniowanie i wiatr emitowany przez pulsar są na tyle intensywne, że zaczyna się proces erozji gwiazdy towarzyszącej.

Te i tak już złożone układy podwójne w ostatnich latach okazały się jeszcze ciekawsze. Obserwacje wskazują bowiem, że pulsary potrafią się wyłączać i powracać do stanu, w którym ponownie zaczynają pożerać swojego towarzysza – co więcej, mogą zmieniać swój stan wielokrotnie.

Naukowcy zauważają, że za te zmiany mogą być odpowiedzialne intensywne promieniowanie i wiatry gwiezdne emitowane przez pulsary. Jednak wyniki uzyskane przez Antoniadisa i van Stadena wskazują, że wiatr gwiezdny z pulsaru nie wpływa na jego gwiezdnego towarzysza.

Zazwyczaj, silny wiatr gwiezdny i intensywne promieniowanie ze strony pulsaru prowadzą do powstania „gorącej plamy” na zwróconej ku pulsarowi części gwiazdy towarzyszącej. Można powiedzieć, że gwiazda posiada własną dzienną i nocną stronę. Obecności takiej gorącej plamy nie zarejestrowano jednak obserwacyjnie. Może to oznaczać, że w tym wypadku wiatr nie występuje lub wieje w innym kierunku, niż w stronę gwiazdy.

Tak czy inaczej, wyniki uzyskane przez badaczy wskazują, że to pole magnetyczne gwiazdy towarzyszącej – a nie wiatry gwiezdne i promieniowanie pulsara – mogą być odpowiedzialne za wyłączanie pulsarów.

Źródło: Dunlap Institute for Astronomy & Astrophysics

Komentarze

comments