Pulsary mogą konkurować z czarnymi dziurami o miano najbardziej zadziwiających i jednocześnie tajemniczych obiektów we wszechświecie. Te odkryte w 1967 roku ciała niebieskie są pozostałościami po śmierci gwiazdy, a konkretnie typem szybko rotującej (średnio osiągają kilkaset obrotów na minutę), wysoce zmagnetyzowanej gwiazdy neutronowej.
Te obiekty to z kolei zdegenerowane gwiazdy powstałe w wyniku wybuchu supernowej, a następnie kolapsu grawitacyjnego dużej gwiazdy. Są zbudowane z niesamowicie gęstej materii neutronowej (szacuje się, że łyżeczka takiej materii ważyłaby na Ziemi miliardy ton). Dzięki temu, gwiazdy te przy średnicach rzędu 20 km mają masę większą niż Słońce.
Naukowcy wykonali bardzo dokładne pomiary pulsara
Oczywiście naukowcy wciąż na temat pulsarów wiedzą dość niewiele, a każde nowe informacje bardzo ich cieszą. Dlatego też sporym wydarzeniem w naukowym świecie jest odkrycie NASA, które zostało opublikowane w tym tygodniu w czasopiśmie The Astrophysical Journal Letters.
Naukowcy skorzystali z teleskopu rentgenowskiego NASA’s Neutron star Interior Composition Explorer (NICER), który zainstalowany jest na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej (ISS), aby wykonać pierwsze tak dokładne pomiary pulsara w historii.
Źródło: NASA
Pod lupę wzięli konkretnie J0030 + 0451, czyli pulsara znajdującego się w odizolowanej przestrzeni kosmicznej w gwiazdozbiorze Ryb, 1100 lat świetnych od Ziemi. Badacze z Uniwersytetu Amsterdamskiego, posiłkując się danymi NICER zebranymi od lipca 2017 do grudnia 2018 obliczyli, że J0030 ma 25,4 km średnicy i masę równą 1,3 masy Słońca. Drugi zespół (z Uniwersytetu Marylandu w College Park) podał z kolei wyniki odpowiednio 26 km i 1,4 masy naszej gwiazdy (bazując na tych samych danych od NASA).
Pomiary są do siebie mocno zbliżone i mamy tu do czynienia z obiektem o średnicy porównywalnej do długości Manhattanu i masą większą od masy Słońca (które ma przecież aż 1 392 684 km średnicy). Przy tym niezwykle szybko rotującej, bo J0030 obraca się aż 205 razy na sekundę.
Linie pola magnetycznego pulsara przy założeniu, że oba bieguny magnetyczne znajdują się na południowej półkuli:
Źródło: NASA Goddard Space Flight Center
Kosmiczna latarnia morska
Naukowcy już wcześniej wiedzieli, że pulsary przypominają nieco latarnie morskie. Obiekty te mają tak silne pole magnetyczne, że "wyrywa" ono cząstki materii z powierzchni pulsara i z ogromną prędkością uderza nimi w innym miejscu gwiazdy, rozgrzewając dany fragment powierzchni i sprawiając, że zdecydowanie mocniej emituje fale rentgenowskie. Gdy pulsar się kręci, punkty te znikają z pola widzenia teleskopu, by po chwili znów się pojawić, podobnie jak światło latarni.
Teleskop NICER pokazał jednak, że rozmieszczenie tych tzw. "hotspotów", czyli bardzo gorących fragmentów powierzchni (gdzie temperatura dochodzi do milionów stopni) jest znacznie bardziej skomplikowane, niż wyobrażali sobie naukowcy.
Dzięki dokładności, z jaką pracuje NICER, udało im się stworzyć pierwszą w historii mapę takiego obiektu. Na poniższym filmie przygotowanym przez NASA można zobaczyć, jak wygląda powierzchnia rotującego pulsara:
Naukowcy z NASA tłumaczą, że spodziewali się zobaczyć zaledwie jeden "hotspot" w danej chwili, bo drugi z nich byłby w tym czasie po przeciwległej stronie obiektu. I o ile ich przypuszczenia sprawdziłyby się w przypadku mniej masywnych pulsarów, to obraz powierzchni J0030 powinien wyglądać inaczej. Pulsar ten na tyle masywny, że jego grawitacja mocno zakrzywia czasoprzestrzeń, przez co światło z niewidocznej części gwiazdy i tak byłoby widoczne dla teleskopu NASA.
Zamiast tego badacze zaobserwowali nawet trzy gorące "plamy" widoczne jednocześnie, ale wszystkie na południowej półkuli gwiazdy. Naukowcy z obu zespołów wykorzystali więc uzyskane dane do przeprowadzenia odpowiednich symulacji. Wykorzystali do tego holenderski superkomputer Cartesius, a obliczenia zajęły im niespełna miesiąc (co ciekawe, korzystając z domowego komputera musieliby czekać aż 10 lat).
Wyniki okazały się bardzo zaskakujące. Na mapie pulsara stworzonej przez Uniwersytet Amsterdamski były widoczne dwa punkty zlokalizowane na południowej półkuli. Jeden z nich był przy tym rozciągnięty w kształt półksiężyca. Wyniki Uniwersytetu Maryland poza dwoma małymi punktami pokazały również trzeci, znacznie słabszy przy południowym biegunie pulsara.
Modele uzyskane w wyniku symulacji komputerowych fot. screen z filmu / NASA's Goddard Space Flight Center
Konieczne dalsze badania
Naukowcy na razie nie wiedzą, dlaczego obraz, który pokazały symulacje tak bardzo różnił się od dotychczas znanych modeli. Wciąż badają J0030, starając się ustalić niestandardowe ułożenie gorących "plam" na jego powierzchni.
Ze swojego miejsca na stacji kosmicznej NICER rewolucjonizuje sposób, w jaki postrzegamy pulsary. Zostały one odkryte ponad 50 lat temu, jako latarnie gwiazd, które zapadły się w gęste jądra zachowując się kompletnie inaczej niż cokolwiek, co widzimy na Ziemi. Dzięki NICER możemy zbadać naturę tych gęstych pozostałości w sposób, który do tej pory wydawał się niemożliwy
- mówi Paul Hertz, dyrektor działu astrofizyki w centrali NASA w Waszyngtonie cytowany na stronie agencji.
Jednego badacze są na razie pewni w 100 procentach - pulsary to znacznie bardziej skompilowane obiekty, niż przewidywały dotychczasowe badania.
