Fermi wyłapał prawie 300 pulsarów gamma... i liczba ciągle rośnie
Zespół naukowców opracował katalog 294 pulsarów gamma, oraz 34 kandydatów, którzy czekają na potwierdzenie.
Wizja artystyczna ilustrująca gwiazdę zaćmiewającą swojego partnera, szybko wirującego pulsara. Źródło: NASA/Sonoma State University, Aurore Simonnet
Międzynarodowy zespół naukowców opracował nowy katalog zawierający 294 pulsary emitujące promieniowanie gamma, które zostały odkryte w danych z Teleskopu Fermi. Dodatkowo w katalogu znajdują się 34 pulsary, które są uznawane za prawdopodobne i oczekują na potwierdzenie. Liczba ta jest aż 27 razy większa niż liczba znanych pulsarów przed rozpoczęciem misji w 2008 roku. Naukowcy z Instytutu Fizyki Grawitacyjnej Maxa Plancka w Hanowerze dołączyli do katalogu 53 nowe pulsary. Odkrycia te zostały dokonane dzięki zastosowaniu innowacyjnych i wysoce wydajnych metod analizy danych w ramach projektu przetwarzania rozproszonego Einstein@home oraz klastra obliczeniowego Atlas.
Sama liczba prawie 300 pulsarów gamma jest fantastycznym osiągnięciem i podkreśla ważną rolę, jaką Teleskop Fermi odegrał od czasu rozpoczęcia obserwacji Wszechświata – powiedział Colin Clark, współautor badania i kierownik grupy w AEI. Jestem bardzo dumny, że jeden na sześć pulsarów gamma w katalogu został odkryty przez naukowców z naszego Instytutu.
Obserwacje pulsarów przyczyniają się do lepszego zrozumienia astronomii w wielu dziedzinach, w tym w poszukiwaniu fal grawitacyjnych i ciemnej materii, promieniowania kosmicznego i ewolucji gwiazd. Katalog, opublikowany teraz w The Astrophysical Journal Supplement, zawiera kompleksowe informacje na temat wszystkich 294 znanych pulsarów gamma i 34 kandydatów.
Kosmiczne latarnie morskie
Pulsary to rodzaj gwiazd neutronowych, pozostałości po masywnym słońcu, które eksplodowało jako supernowa. Gwiazdy neutronowe zawierają więcej masy niż nasze Słońce, a ich średnica wynosi mniej niż 27 km. Posiadają one silne pole magnetyczne, wytwarzają strumienie energetycznych cząstek i obracają się bardzo szybko – nawet do 700 razy na sekundę. Pulsary emitują wąskie wiązki energii, które obracając się, przypominają latarnie morskie omiatające przestrzeń. Gdy te wiązki okresowo są skierowane w stronę Ziemi, astronomowie wykrywają impulsy energii.
Nowy katalog reprezentuje prace 170 naukowców z całego świata. Spośród 300 pulsarów zgłoszonych do katalogu, naukowcy z AEI odkryli 53. Korzystając z projektu Einstein@home i dużego klastra komputerowego Atlas Instytutu, odkryli również pulsary gamma, które nie mają odpowiedników radiowych. Wymagało to milionów godzin obliczeń komputerowych. Einstein@home odkrył większość pulsarów gamma znalezionych w takich poszukiwaniach i dokonał prawie wszystkich odkryć w ostatnich latach.
Wolontariacki projekt przetwarzania rozproszonego Einstein@home zapewnił niezbędną moc obliczeniową, łącząc dziesiątki tysięcy komputerów naukowców-obywateli na całym świecie w globalny superkomputer. Projekt analizuje dane z detektorów fal grawitacyjnych LIGO, radioteleskopu MeerKAT, satelity promieniowania gamma Fermi, a także dane archiwalne z radioteleskopu Arecibo. Nowy katalog zawiera również 14 najnowszych pulsarów gamma odkrytych przez Einstein@home.
Młode i stare
Spośród 3400 znanych pulsarów, z których większość jest obserwowalna na falach radiowych i znajduje się w naszej Galaktyce, tylko około 10% pulsuje w promieniach gamma, najbardziej energetycznej formie światła.
Astronomowie rozróżniają różne typy pulsarów. Młode pulsary są zazwyczaj samotnymi obiektami, powstałymi w wyniku wybuchu supernowej kilka tysięcy lat temu. Zazwyczaj wirują od kilku do kilkudziesięciu razy na sekundę. Ich emisja stopniowo spowalnia ich rotację.
Paradoksalnie jednak pulsary, które są tysiące razy starsze, wirują znacznie szybciej, nawet setki razy na sekundę, i dlatego nazywane są pulsarami milisekundowymi. Prawie połowa obiektów w naszym nowym katalogu to szybko wirujące pulsary milisekundowe. Przed Fermi nigdy nie widzieliśmy milisekundowego pulsara w promieniach gamma – powiedział Lars Nieder, współautor artykułu i pracownik naukowy AEI Hannover.
Pulsary milisekundowe obserwowane w układach podwójnych z gwiazdowym partnerem dostarczają wskazówek do zrozumienia paradoksu wiek-spin. W pojedynkę emisja pulsara spowalnia go, a wraz z tym jego emisja słabnie. Jednakże, jeśli jest on blisko związany z normalną gwiazdą, grawitacja pulsara może przyciągać strumień materii z towarzysza, co z czasem może napędzać pulsar.
Nadchodzą pająki
Układy typu „pająk” oferują wgląd w to, co stanie się później. Ich nazwa pochodzi od pająków znanych ze zjadania swoich partnerów: czarne wdowy mają lekkich towarzyszy (o masie mniejszej niż około 5% masy Słońca), podczas gdy czerwone grzbiety mają ciężkich towarzyszy. Gdy pulsar wiruje, jego emisje i wypływy cząstek stają się tak energetyczne, że w wyniku wciąż słabo poznanych procesów ogrzewa się i powoli odparowuje swojego towarzysza. Najbardziej energetyczne pająki mogą całkowicie wyparować swoich towarzyszy, pozostawiając jedynie odizolowany pulsar milisekundowy.
J1555-2908 to czarna wdowa z niespodzianką – jej grawitacyjna sieć mogła usidlić przelatującą w pobliżu planetę. Analiza 12 lat danych z Fermi przeprowadzonych przez naukowców z AEI ujawniła długoterminowe wahania rotacji znacznie większej niż te obserwowane w innych pulsarach milisekundowych. Uważamy, że model z obejmującą planetą jako trzecie ciało na szerokiej orbicie wokół pulsara i jego towarzysza opisuje zmiany nieco lepiej niż inne wyjaśnienia, ale potrzebujemy jeszcze kilku lat obserwacji Fermi, aby to potwierdzić – powiedział Clark.
Nowy katalog zawiera również około tuzina układów kandydujących do miana pająków. Obiekty te wyglądają bardzo podobnie do pulsarów pająków, ale nie zidentyfikowaliśmy jeszcze ich pulsacji w zakresie promieniowania gamma – powiedział Nieder. Niektóre z nich mogą być wartościowymi celami do przeszukania za pomocą Einstein@home. Z niecierpliwością czekamy na odkrycie większej liczby takich pulsarów poprzez wykrywanie obserwacji z dużych teleskopów optycznych w celu skupienia mocy obliczeniowej Einstein@home.
Dzięki wciąż rosnącej bazie obserwacji Fermi, odkrywane są nowe niebiańskie źródła promieniowanie gamma, a setki z nich pozostają niezidentyfikowane. Niektóre z nich mogą być nowymi pulsarami gamma, które, jeżeli zostaną odkryte w przyszłości, trafią do kolejnej wersji katalogu pulsarów gamma Fermi.
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Źródło:
