Ekstremalne teleskopy odkrywają ekstremalne pulsary

Badając tajemnicze wysoko-energetyczne źródła zidentyfikowane za pomocą Kosmicznego Teleskopu promieniowania gamma Fermi, radioteleskop LOFAR w Holandii odkrył pulsar rotujący z prędkością 42 000 obrotów na minutę – to daje mu drugie miejsce pod względem prędkości rotacji wśród dotychczas odkrytych pulsarów.

Pulsar to jądro masywnej gwiazdy, która eksplodowała jako supernowa. Ta gwiezdna pozostałość – znana jako gwiazda neutronowa – ma masę równą masie 500 000 planet takich jak Ziemia, ale ściśniętą w rotującą kulę o promieniu około 20 km. Rotujące pole magnetyczne napędza promienie fal radiowych, promieniowania widzialnego, rentgenowskiego i gamma. Jeżeli taki promień omiata także Ziemię, astronomowie obserwują regularne impulsy promieniowania i klasyfikują ten obiekt jako pulsar.

„Około jednej trzeciej źródeł promieniowania gamma odkrytych za pomocą teleskopu Fermi nie została zidentyfikowana w innym zakresie promieniowania”, mówi Elizabeth Ferrara, członkini zespołu badawczego z NASA Goddard Space Flight Center w Greenbelt. „Wiele z tych niezidentyfikowanych źródeł może być pulsarami, jednak aby odkryć pulsy i potwierdzić takie przypuszczenie potrzebujemy dalszych obserwacji za pomocą teleskopu radiowego”.

Nowy obiekt, nazwany PSR J0952-0607 – w skrócie J0952 – sklasyfikowano jako pulsar milisekundowy. Znajduje się on 3200-5700 lat świetlnych od nas w kierunku gwiazdozbioru Sekstans. Pulsar zawiera około 1,4 masy Słońca i okrążany jest co 6,4 godzin przez gwiezdnego towarzysza o masie niewiele wyższej niż 20 mas Jowisza. Naukowcy opisują swoje odkrycie w artykule, który zostanie opublikowany 10 września w periodyku The Astrophysical Journal Letters.

Na pewnym etapie historii tego układu, materia zaczęła przepływać z gwiezdnego towarzysza na pulsar, stopniowo przyspieszając jego tempo rotacji do 707 obrotów na sekundę (czyli ponad 42 000 obrotów na minutę) i znacząco intensyfikując emisję promieniowania. Z czasem pulsar zaczął także odparowywać swojego towarzysza – ten proces trwa do dzisiaj. Ze względu na podobieństwo do pająków pożerających swoich towarzyszy, układy takie jak J0952 nazywane są pulsarami „czarna wdowa”.

Odkrycie dokonane za pomocą radioteleskopu LOFAR wskazuje, że istnieje potencjał odkrycia całej nowej populacji ultra-szybkich pulsarów.

„LOFAR zarejestrował impulsy od J0952 na częstotliwości 135 MHz, czyli 45% niższej niż najniższe częstotliwości wykorzystywane w konwencjonalnych poszukiwaniach radiowych”, mówi główna autorka Cees Bassa z Instytutu ASTRON w Holandii. „Odkryliśmy, że J0952 charakteryzuje się bardzo stromym widmem radiowym, co oznacza, że impulsy radiowe bardzo szybko zanikają na wyższych częstotliwościach. Oznacza to, że bardzo trudno byłoby je wykryć bez LOFAR”.

Teoretycy mówią, że pulsary mogą rotować z prędkością nawet 72 000 obrotów na minutę zanim ulegną rozerwaniu. Jak na razie najszybciej rotującym odkrytym pulsarem jest PSR J1748-2446ad osiągający 60% teoretycznego maksimum.  Może być tak, że pulsary jeszcze szybciej rotujące po prostu nie mogą powstać. Jednak luka między teorią a obserwacjami może także wynikać z problemów z zarejestrowaniem promieniowania takich obiektów.

„Mamy coraz więcej danych wskazujących, że najszybciej rotujące pulsary mają bardzo strome widma”, mówi współautor opracowania Ziggy Pleunis z McGill University w Montrealu. Pierwszy pulsar milisekundowy odkryty za pomocą LOFAR także został odkryty przez Pleunisa – to J1552+5437 rotujący w tempie 25 000 obrotów na minutę i także charakteryzujący się stromym widmem. „Dzięki temu, że LOFAR rejestruje promieniowanie takich pulsarów o stromym widmie, być może uda nam się odkryć  nawet szybciej rotujące obiekty, które pozostawały niezauważone we wcześniejszych przeglądach nieba na wyższych częstotliwościach”.

Źródło: NASA Goddard Space Flight Center