Pulsar
Pulsary to gwiazdy neutronowe, które szybko wirują i wytwarzają ogromne promieniowanie elektromagnetyczne o wąskiej wiązce. Gwiazdy neutronowe są bardzo gęste i mają krótkie, regularne obroty. Powoduje to bardzo precyzyjne odstępy pomiędzy impulsami, które wahają się od około milisekund do sekund dla pojedynczego pulsara. Impuls może być widoczny tylko wtedy, gdy Ziemia znajduje się wystarczająco blisko kierunku wiązki. Podobnie jak latarnię morską można zobaczyć tylko wtedy, gdy promień świeci w naszym kierunku.
Impulsy pokrywają się z obrotami gwiazdy. Wirowanie powoduje efekt latarni morskiej, ponieważ promieniowanie jest widoczne tylko w krótkich odstępach czasu. Werner Becker z Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics powiedział niedawno,
Pulsar Vela, gwiazda neutronowa będąca pozostałością po supernowej (wielkiej eksplozji gwiazdy). Leci przez przestrzeń, popychana przez materię wyrzucaną z jednego z punktów, w których gwiazda neutronowa się obraca.
Złożony obraz optyczny i rentgenowski Mgławicy Krab. Widać na nim energię pochodzącą z otaczającej mgławicy, która jest spowodowana przez pola magnetyczne i cząstki z centralnego pulsara.
Discovery
Pierwszy pulsar został odkryty w 1967 roku. Został on odkryty przez Jocelyn Bell Burnell i Antony'ego Hewisha. Pracowali oni na Uniwersytecie w Cambridge. Zaobserwowana emisja miała impulsy oddzielone od siebie o 1,33 sekundy. Wszystkie impulsy pochodziły z tego samego miejsca na niebie. Źródło zachowywało czas gwiazdowy. Początkowo nie rozumieli, dlaczego pulsary mają regularne zmiany w sile promieniowania. Słowo pulsar jest skrótem od "pulsująca gwiazda".
Ten oryginalny pulsar, obecnie nazywany CP 1919, emituje promieniowanie o długości fal radiowych, ale później okazało się, że pulsary wytwarzają również promieniowanie o długości fal rentgenowskich i/lub gamma.
Nagrody Nobla
W 1974 r. Antony Hewish został pierwszym astronomem, który otrzymał Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki. Kontrowersje pojawiły się, ponieważ otrzymał on nagrodę, podczas gdy Bell nie. Dokonała ona wstępnego odkrycia, gdy była jego doktorantką. Bell nie kryje rozgoryczenia z tego powodu, popierając decyzję komitetu przyznającego Nagrodę Nobla. "Niektórzy nazywają to nagrodą No-Bell, ponieważ czują się tak mocno, że Jocelyn Bell Burnell powinna była mieć udział w nagrodzie".
W 1974 r. Joseph Hooton Taylor Jr. i Russell Hulse po raz pierwszy odkryli pulsara w układzie podwójnym. Pulsar ten krąży wokół innej gwiazdy neutronowej z okresem orbitalnym wynoszącym zaledwie osiem godzin. Ogólna teoria względności Einsteina przewiduje, że układ ten powinien emitować silne promieniowanie grawitacyjne, powodujące ciągłe kurczenie się orbity w miarę utraty energii orbitalnej. Obserwacje pulsara wkrótce potwierdziły te przewidywania, dostarczając pierwszych w historii dowodów na istnienie fal grawitacyjnych. Od 2010 roku obserwacje tego pulsara nadal są zgodne z ogólną teorią względności. W 1993 roku Taylor i Hulse otrzymali Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki za odkrycie tego pulsara.
Wykres Jocelyn Bell Burnell
Rodzaje pulsarów
Astronomowie wiedzą, że istnieją trzy różne rodzaje pulsarów:
- Pulsary napędzane rotacją, gdzie promieniowanie jest spowodowane utratą energii rotacji; promieniowanie jest spowodowane spowolnieniem prędkości obrotowej gwiazdy neutronowej
- Pulsary z napędem akrecyjnym (które są większością, ale nie wszystkimi pulsarami rentgenowskimi), gdzie grawitacyjnaenergia potencjalna materii opadającej na pulsar powoduje powstawanie promieniowania rentgenowskiego, które może być odbierane z Ziemi, oraz
- Magnetary, gdzie ekstremalnie silne pole magnetyczne traci energię, co powoduje promieniowanie.
Chociaż wszystkie trzy rodzaje obiektów są gwiazdami neutronowymi, to rzeczy, które można zaobserwować w ich działaniu i fizyka, która to powoduje, są bardzo różne. Są jednak pewne rzeczy, które są do siebie podobne. Na przykład, pulsary rentgenowskie są prawdopodobnie starymi pulsarami rotacyjnymi, które straciły już większość swojej energii i mogą być ponownie dostrzeżone dopiero wtedy, gdy ich binarni towarzysze rozszerzyli się i materia z nich zaczęła opadać na gwiazdę neutronową. Proces akrecji (materia opadająca na gwiazdę neutronową) może z kolei nadać gwieździe neutronowej wystarczającą ilość energii momentu pędu, aby zmienić ją w zasilany rotacją pulsar milisekundowy.
Korzysta z
Precyzyjny zegar W przypadku niektórych pulsarów milisekundowych, regularność pulsacji jest bardziej precyzyjna niż zegar atomowy. Ta stabilność pozwala na wykorzystanie pulsarów milisekundowych do wyznaczania czasu efemeryd lub budowy zegarów pulsarowych.
Szum czasowy to nazwa nieregularności rotacyjnych obserwowanych u wszystkich pulsarów. Ten szum czasowy jest obserwowalny jako losowe wędrówki w częstotliwości lub fazie impulsu. Nie wiadomo, czy szum czasowy jest związany z glitchami pulsara.
Inne zastosowania
Badania pulsarów przyniosły wiele zastosowań w fizyce i astronomii. Do najważniejszych przykładów należy dowód na istnienie promieniowania grawitacyjnego przewidywanego przez ogólną teorię względności oraz pierwszy dowód na istnienie egzoplanet. W latach 80-tych astronomowie zmierzyli promieniowanie pulsara, aby udowodnić, że kontynenty północnoamerykański i europejski oddalają się od siebie. Ten ruch jest dowodem na istnienie tektoniki płyt.
Ważne pulsary
- Magnetar SGR 1806-20 wytworzył największy wybuch energii w Galaktyce, jaki kiedykolwiek zaobserwowano podczas eksperymentu przeprowadzonego 27 grudnia 2004 r.
- PSR B1931+24 "... wygląda jak normalny pulsar przez około tydzień, a następnie 'wyłącza się' na około miesiąc zanim znów zacznie wytwarzać impulsy. [...] ten pulsar zwalnia szybciej, gdy jest włączony niż gdy jest wyłączony. To dodatkowe spowolnienie może być wyjaśnione przez wiatr cząstek, który opuszcza pole magnetyczne pulsara i spowalnia jego obroty. [2]
- PSR J1748-2446ad, z częstotliwością 716 Hz (razy obraca się na sekundę), jest najszybciej wirującym pulsarem, jaki jest znany.
Inne źródła
- Lorimer D.R. & M. Kramer 2004. Podręcznik astronomii pulsarowej. Cambridge Observing Handbooks for Research Astronomers.
