Przejdź do głównej zawartości

Od promieniowania gamma do promieniowania rentgenowskiego: nowa metoda wyznaczania emisji pulsarów

Opierając się na nowym modelu teoretycznym, zespół naukowców zbadał bogate archiwum danych z obserwatoriów kosmicznych XMM-Newton i Chandra, w celu znalezienia pulsujących emisji promieniowania X z trzech źródeł. Odkrycie, opierające się na wcześniejszych obserwacjach pulsarów w promieniach gamma, dostarcza nowatorskiego narzędzia do badania tajemniczych mechanizmów emisji pulsarów, które będą ważne dla zrozumienia tych fascynujących obiektów i wykorzystania ich w przyszłości w kosmicznej nawigacji.


Latarnie Wszechświata – pulsary – są szybko rotującymi gwiazdami neutronowymi, które emitują wiązki promieniowania. Gdy pulsar obraca się a wiązki naprzemiennie zbliżają się i oddalają od Ziemi, źródło oscyluje między jaśniejszymi i ciemniejszymi stanami, dając sygnał, który wydaje się „pulsować” z okresem kilka milisekund do sekund, a ich regularność rywalizuje nawet z zegarami atomowymi.

Pulsary są niesamowicie gęstymi, niezwykle magnetycznymi reliktami masywnych gwiazd i należą do najbardziej ekstremalnych obiektów we Wszechświecie. Zrozumienie, w jaki sposób zachowują się cząsteczki w tak silnym polu magnetycznym, ma fundamentalne znaczenie dla zrozumienia, jak materia i pola magnetyczne oddziałują bardziej ogólnie.

Pierwotnie wykryto je poprzez emisję fal radiowych, ale obecnie pulsary emitują również inne rodzaje promieniowania, choć zwykle w mniejszych ilościach. Część tej emisji to standardowe promieniowanie cieplne – takie, które emituje wszystko o temperaturze powyżej zera absolutnego. Pulsary wyzwalają promieniowanie cieplne na przykład gdy gromadzą materię od innej gwiazdy.

Ale pulsary emitują także promieniowanie nietermiczne, które często powstaje w najbardziej ekstremalnych środowiskach kosmicznych. W pulsarach promieniowanie nietermiczne może być wytworzone za pomocą dwóch procesów: promieniowania synchrotronu i promieniowania krzywiznowego. Obydwa procesy obejmują naładowane cząstki, które są przyspieszane wzdłuż linii pola magnetycznego, co powoduje emisję promieniowania mogącą zmieniać się w zakresie długości fal od radiowych do promieniowania gamma.

Promieniowanie nietermiczne wynika głównie z promieniowania synchrotronowego, podczas gdy promieniowanie gamma może przechodzić z tak zwanej emisji synchro-krzywiznowej – kombinacji dwóch mechanizmów. Stosunkowo łatwo jest znaleźć pulsary, które emitują promieniowanie gamma – Kosmiczny Teleskop Fermiego wykrył ponad 200 z nich w ciągu ostatniej dekady, dzięki możliwości skanowania całego nieba. Ale stwierdzono, że tylko około 20 pulsuje w nietermicznych promieniach rentgenowskich.

Mając świadomość, że powinno być wiele pulsarów emitujących wcześniej niewykryte nietermiczne promieniowanie X, Diego Torres z Institute of Space Sciences w Barcelonie opracował model, który łączy promieniowanie synchrotronowe i krzywiznowe, aby przewidzieć, czy pulsary wykryte w promieniach gamma mogą również pojawić się w promieniach rentgenowskich.

Model opisuje emisję gamma pulsarów wykrytych przez teleskop Fermiego – w szczególności jasność obserwowaną na różnych długościach fali – i łączą tę informację z trzema parametrami, które określają emisję pulsara. Pozwala to przewidzieć ich jasność na innych długościach fali, na przykład w promieniowaniu X.

Torres nawiązał współpracę z zespołem naukowców pod kierownictwem Jian Li z Deutsches Elektronen Synchrotron w Zeuthen koło Berlina, aby wybrać trzy znane pulsary emitujące promieniowanie gamma, w stosunku do których oczekiwano, w oparciu o modele, że świecą jasno także w promieniowaniu X. Przejrzeli archiwa danych z XMM-Newton i Chandra, aby znaleźć dowody na nietermiczną emisję promieniowania rentgenowskiego pochodzącego od każdego z nich.

Zespół nie tylko odkrył pulsacje rentgenowskie ze wszystkich trzech obiektów, ale także to, że widmo promieni X było prawie takie samo, jak przewidywał model. Oznacza to, że model bardzo dokładnie opisuje procesy emisji w pulsarze.

W szczególności dane XMM-Newton pokazały wyraźną emisję promieniowania rentgenowskiego z PSR J1826-1256 – radiowo cichego pulsara gamma z okresem 110,2 milisekundy. Widmo światła otrzymane z tego pulsara było bardzo bliskie spektrum przewidywanemu przez model. Emisja promieniowania X z pozostałych dwóch pulsarów (obydwa rotują nieco szybciej), została pokazana przy użyciu danych z teleskopu Chandra.

Odkrycie to stanowi już znaczący wzrost całkowitej liczby pulsarów, o których wiadomo, że emitują nietermiczne promieniowanie rentgenowskie. Zespół spodziewa się, że w ciągu najbliższych kilku lat zostanie odkrytych o wiele więcej tych obiektów, ponieważ model można wykorzystać do dokładnego ich wyszukiwania.

Znalezienie kolejnych pulsarów rentgenowskich jest ważne dla ukazania ich właściwości globalnych, w tym charakterystyki populacji. Lepsze zrozumienie pulsarów jest również istotne dla potencjalnego wykorzystania ich dokładnych sygnałów czasowych do przyszłych działań nawigacji kosmicznej.

Rezultatem jest krok w kierunku zrozumienia zależności między emisją pulsarów w różnych częściach widma elektromagnetycznego, umożliwiając w ten sposób przewidywanie jasności pulsara na dowolnej długości fali. To pomoże nam lepiej zrozumieć wzajemne oddziaływanie między cząsteczkami i polami magnetycznymi w pulsarach i poza nimi.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Źródło:

Popularne posty z tego bloga

Wykryto największą eksplozję w historii Wszechświata

Naukowcy badający odległą gromadę galaktyk odkryli największą eksplozję obserwowaną we Wszechświecie od czasów Wielkiego Wybuchu.

Wybuch pochodził z supermasywnej czarnej dziury w centrum odległej o setki milionów lat świetlnych stąd galaktyki. W trakcie eksplozji zostało uwolnione pięć razy więcej energii, niż przy poprzednim ówczesnym najpotężniejszym wybuchu.
Astronomowie dokonali tego odkrycia przy użyciu danych z obserwatorium rentgenowskiego Chandra i XMM-Newton, a także danych radiowych z Murchison Widefield Array (MWA) w Australii i Giant Metrewave Radio Telescope (GMRT) w Indiach.
Ten potężny wybuch został wykryty w gromadzie galaktyk Ophiuchus, która znajduje się około 390 mln lat świetlnych stąd. Gromady galaktyk to największe struktury we Wszechświecie utrzymywane razem przez grawitację, zawierające tysiące pojedynczych galaktyk, ciemną materię i gorący gaz.
W centrum gromady Ophiuchus znajduje się duża galaktyka zawierająca supermasywną czarną dziurę. Naukowcy uważają, że źró…

Odkryto najbliższą znaną „olbrzymią planetę niemowlęcą”

Nowonarodzona masywna planeta znajduje się zaledwie 100 parseków od Ziemi.

Naukowcy odkryli nowonarodzoną masywną planetę bliższą Ziemi niż jakikolwiek tego typu obiekt w podobnym wieku. Olbrzymia niemowlęca planeta, nazwana 2MASS 1155-7919 b, znajduje się w asocjacji Epsilon Chamaeleontis i leży tylko około 330 lat świetlnych od naszego Układu Słonecznego.
„Ciemny, chłodny obiekt, który znaleźliśmy, jest bardzo młody i ma zaledwie 10 mas Jowisza, co oznacza, że prawdopodobnie patrzymy na planetę niemowlęcą, być może wciąż w fazie formowania się. Chociaż zostało odkrytych wiele innych planet podczas misji Kepler i innych podobnych, prawie wszystkie z nich są planetami ‘starymi’. Obiekt ten jest jednocześnie czwartym lub piątym przykładem planety olbrzymiej krążącej tak daleko od swojej gwiazdy macierzystej. Teoretycy usiłują wyjaśnić, w jaki sposób się tam uformowały lub jak tam dotarły” – powiedziała Annie Dickson-Vandervelde, główna autorka pracy.
Do odkrycia naukowcy wykorzystali dane…

Czy rozwiązano tajemnicę ekspansji Wszechświata?

Badacz z Uniwersytetu Genewskiego rozwiązał naukową kontrowersję dotyczącą tempa ekspansji Wszechświata, sugerując, że na dużą skalę nie jest ono całkowicie jednorodne.


Ziemia, Układ Słoneczny, cała Droga Mleczna i kilka tysięcy najbliższych nam galaktyk porusza się w ogromnym „bąblu” o średnicy 250 mln lat świetlnych, gdzie średnia gęstość materii jest o połowę mniejsza niż w pozostałej części Wszechświata. Taka jest hipoteza wysunięta przez fizyka teoretyka z Uniwersytetu Genewskiego (UNIGE) jako rozwiązanie zagadki, która od dziesięcioleci dzieli społeczność naukową: z jaką prędkością rozszerza się Wszechświat? Do tej pory co najmniej dwie niezależne metody obliczeniowe osiągnęły dwie wartości różniące się o około 10% z odchyleniem, które jest statystycznie nie do pogodzenia. Nowe podejście usuwa tę rozbieżność bez korzystania z „nowej fizyki”.
Wszechświat rozszerza się od czasu Wielkiego Wybuchu, który miał miejsce 13,8 mld lat temu – propozycja po raz pierwszy przedstawiona przez b…