Należący do NASA teleskop Fermi zarejestrował intensywne zmiany w podwójnym układzie gwiazd zawierającym szybko wirującą gwiazdę neutronową. Zaniknął emitowany przez nią wcześniej sygnał radiowy, za to cały obiekt pojaśniał pięciokrotnie w rozbłysku potężnego promieniowania gamma. Okazuje się, że astronomowie mogą po raz pierwszy w historii obserwować przemianę tworzącego układ binarny pulsara, który przechodzi w stan wysoko energetyczny, przechwytując materię od swojego towarzysza.
- To tak, jakby ktoś nacisnął przycisk, zmieniając stan tej gwiazdy podwójnej z nisko energetycznego na wysoko energetyczny - powiedział Benjamin Stappers, astrofizyk z University of Manchester, który kierował międzynarodowymi badaniami nad tym zjawiskiem. - Ta zmiana wydaje się odzwierciedlać nieregularną interakcję między pulsarem a jego towarzyszem i daje nam możliwość zbadania rzadkiego etapu przejściowego w życiu układu podwójnego - podkreślił.
Wirują bardzo blisko siebie
Układ podwójny składa się z dwóch gwiazd krążący wokół wspólnego środka masy. Ten obserwowany przez Fermi, który zwrócił uwagę naukowców, to AY Sextantis, znajdujący się w odległości około 4400 lat świetlnych od Ziemi w gwiazdozbiorze Sextans. Należą do niego pulsar oznaczony jako PSR J1023 +0038 o impulsie liczącym 1,7 milisekundy oraz druga gwiazda o masie równej około jednej piątej masy Słońca. Przejście orbity zajmuje im zaledwie 4,8 godziny, co oznacza, że znajdują się tak blisko siebie, że pulsar powoduje stopniowe odparowywanie swojego towarzysza.
Pulsar to rodzaj gwiazdy neutronowej, która stanowi resztki rdzenia masywnej gwiazdy po jej zapadnięciu się i wybuchu w supernową. To obiekt o ogromnej gęstości, obracający się dziesiątki razy w ciągu sekundy i generujący sygnał radiowy, światło widzialne oraz promienie rentgenowskie i gamma, które astronomowie obserwują je jako impulsy. Pulsary emitują również swoisty potężny "wiatr" wysoko energetycznych cząsteczek poruszających się z prędkością bliską prędkości światła.
"Pulsary z recyklingu"
Potężna moc tych zjawisk bierze się z szybkiego tempa wirowania pola magnetycznego gwiazdy. Po pewnym czasie, kiedy nieco się ona wycisza, te emisje zanikają. Ponad 30 lat temu astronomowie odkryli rodzaj wyjątkowo szybkich pulsarów obracających się w ciągu 10 albo mniej milisekund i osiągających prędkości do 43 tys. obrotów na minutę. Ponad połowa z takich obiektów występuje w układach podwójnych i właśnie tym tłumaczone jest ich szybkie wirowanie.
- Astronomowie długo podejrzewali, że te milisekundowe pulsary wyłaniają się w wyniku transferu i akumulacji materii z ich gwiazd towarzyszących, więc często określali je jako "pulsary z recyklingu" - wyjaśniła Anne Archibald, badaczka Netherlands Institute for Radio Astronomy (ASTRON) in Dwingeloo. To właśnie ona w 2007 roku odkryła pulsara J1023. To właśnie jego obserwacje pozwoliły potwierdzić teorię recyklingu pulsarów.
Przepływ od gwiazdy do gwiazdy
Żeby lepiej zrozumieć naturę i działanie układu podwójnego, w którym się on znajduje, naukowcy regularnie monitorowali ją przy pomocy teleskopów Lovella i Westerbork Synthesis. Te obserwacje pod koniec czerwca 2013 roku ujawniły, że sygnał radiowy pulsara wygasł. To odkrycie wymusiło poszukiwanie powiązanych z nim zmian - takich jak właśnie nagły rozbłysk promieniowania gamma. Okazało się, że udało się pierwszy raz uchwycić proces przemiany pulsara pozostającego w układzie podwójnym. Naukowcy opisali go na łamach "The Astrophysical Journal".
Jak wyjaśniają, tworzące układ AY Sextantis gwiazdy znajdują się tak blisko siebie, że strumień gazu z tej podobnej do Słońca przepływa w kierunku pulsara. Szybka rotacja i intensywne pole magnetyczne tego ostatniego były odpowiedzialne za emisję zarówno fali radiowej jak i energetycznego wiatru, który powstrzymywał strumień gazu z gwiazdy towarzyszącej. Dlatego w okresie, kiedy sygnał radiowy był wykrywalny, ten strumień nie mógł dotrzeć zbyt blisko pulsara. Jednak po "wyciszeniu" pulsara, kiedy fala radiowa zaniknęła, zbliżył się go niego, tworząc dysk akrecyjny.
Strumienie rozpędzonych cząsteczek
Według badaczy ten gaz ulega skompresowaniu i rozgrzewa się, osiągając temperaturę na tyle wysoką, by emitować promienie rentgenowskie. Następnie materiał wzdłuż wewnętrznej krawędzi dysku szybko traci energię i opada w kierunku pulsara. Kiedy osiągnie pewien pułap, procesy prowadzące do powstania sygnału radiowego ustają, lub, co bardziej prawdopodobne, zostają przyćmione.
Wewnętrzna krawędź dysku utworzonego przez gaz gwiazdy towarzyszącej podlega szybkim zmianom. Jego część może zostać wyrzucona na zewnątrz z prędkością bliską prędkości światła, tworząc tzw. dżety, czyli dwa strumienie cząsteczek "wytryskujące" w przeciwnych kierunkach - to zjawisko znane z czarnych dziur. Prawdopodobnie to fale uderzeniowe przetaczające się wewnątrz i wzdłuż obrzeży tych dżetów są źródłem emisji jasnego promieniowania gamma wykrytego przez Fermiego.
Naukowcy zamierzają dalej obserwować pulsara J1023, traktując go jako unikalne laboratorium do badania procesu powstawania pulsarów milisekundowych tworząc i akrecji gwiazd neutronowych.
Autor: js / Źródło: NASA
Źródło zdjęcia głównego: NASA's Goddard Space Flight Center