ZNANOST: hrvatski znanstveni portal

Teleskopima MAGIC opažen je pulsar na dosad najvišim energijama

Pulsar koji se nalazi u središtu slavne Rakove maglice pršti energijom. To je upravo potvrdila kolaboracija MAGIC (Major Atmospheric Gamma-ray Imaging Cherenkov) koja upravlja s dva velika teleskopa na kanarskom otoku La Palmi. Pomoću teleskopa MAGIC, pulsar je opažan u području gama-zraka na energijama iznad 50 GeV, koje su nedostupne većini instrumenata za visoke energije te su detektirani periodični pulsevi na energijama do 400 GeV,  što je 50 do 100 puta viša energija nego što predviđaju dosadašnji teorijski modeli. 

Središnja zvijezda u Rakovoj maglici je neutronska zvijezda, jedan od najbolje proučenih pulsara, koji napravi 30 okretaja u sekundi te ima vrlo jako magnetsko polje, 100 milijuna Tesla – 1000 milijardi puta jače od Zemljinog magnetskog polja. Pulsar i maglica su udaljeni oko 6000 svjetlosnih godina od Zemlje, nalaze se u zviježđu Bika, a ostatak su supernove koja je eksplodirala u ljeto 1054. godine i mjesecima bila vidljiva golim okom čak i tijekom dana. 

Neutronske zvijezde su objekti izuzetno visoke gustoće, s masama blizu Sunčeve, ali s promjerima od samo desetak kilometara. Nalik su atomskoj jezgri veličine malog grada. Vrte se izuzetno brzo i pravilno, s periodima vrtnje između tisućinke sekunde i 10 sekundi. Kombinacija brze vrtnje i iznimno jakih magnetskih polja na zvijezdi stvara jake električne potencijale koji zatim neprestano stvaraju nabijene čestice, uglavnom elektrone i pozitrone (pozitivno nabijene antielektrone). Nabijene čestice se gibaju duž silnica magnetskog polja  koje se rotiraju zajedno sa zvijezdom i pri tome nabijene čestice emitiraju snop zračenja u cijelom području elektromagnetskog spektra, od radiovalova do gama-zraka. Svaki put kad se ovaj snop poklopi s našim pravcem promatranja, vidimo puls zračenja, slično kao  svjetionik promatran s velike udaljenosti.

Rakova maglica i njezin pulsar jedini su objekti čije je spektakularno rođenje pouzdano zabilježeno. Zato točno znamo koliko su stari što je od ključne važnosti za testiranje našeg razumijevanja svojstava neutronskih zvijezda. 

Prije nekoliko godina teleskopom MAGIC otkriveno je gama-zračenje iz Rakovog pulsara na energijama iznad 25 GeV, što je predstavljalo veliko iznenađenje. Kako snažno magnetsko polje vrlo efikasno zaklanja visokoenergijsko gama-zračenje, znanstvenici su zaključili da to zračenje mora nastajati na visini od najmanje 60 km iznad površine neutronske zvijezde, jer je na toj visini magnetsko polje manjeg intenziteta. Zato se gama-zrake tako visokih energija, a koje nastaju vrlo blizu površine zvijezde ne bi smjele opaziti, što je opovrglo jednu od glavnih teorija pulsne emisije Rakovog pulsara.  

Prije godinu i pol MAGIC je opazio gama-zrake energijama višim od 100 GeV. Prije otprilike pola godine kolaboracija VERITAS je opazila pulseve gama-zračenja na energijama iznad 100 GeV, što je opet premašilo sva očekivanja. Sada, nakon što su analizirani svi podaci prikupljeni tijekom dvije godine, kolaboracija MAGIC predstavlja najdetaljnije i najpreciznije mjerenje periodične emisije u širokom rasponu energija, od 50 GeV do 400 GeV te pokazuje da je trajanje svakog pulsa samo jedna tisućinka sekunde. 

Nedavna MAGIC-ova mjerenja, zajedno s mjerenjima satelita Fermi na puno nižim energijama, daju neprekinutu pokrivenost spektra od 0.1 GeV do 400 Gev. Rezultati ovih opažanja postavljaju veliki izazov za većinu postojećih teorija pulsne emisije jer  predviđaju znatno nižu gornju granice za energiju emisije. 

Jedan novi teorijski model objašnjava opaženi  fenomen  pomoću kaskadnog procesa u kojem se proizvode sekundarne čestice koje mogu proći kroz magnetosferu pulsara. Drugo objašnjenje, koje je nedavno objavljeno u časopisu Nature, povezuje naša opažanja s jednako zagonetnom fizikom vjetrova s pulsara. Vjetar s pulsara je tok čestica (elektrona, pozitrona i fotona) koji se sudara s tvari okolne maglice i tako je snabdijeva energijom. Iako ovi novi modeli mogu objasniti izuzetno visoke energije i kratko trajanje pulseva, bit će ih potrebno dodatno usavršiti kako bi mogli vjerno reproducirati opažanja. Naravno, potrebna su i buduća opažanja da bi se riješila cijela zagonetka.

Ključne riječi: pulsar, Rakova maglica, energija, teleskop, zvijezda, čestice, gama-zraka

Na slici: Kozmički svjetionik: Rakov pulsar emitira pulseve gama-zraka maksimalne izmjerene energije od 400 GeV. To su 50-100 puta veće energije nego što predviđaju teorije. Slika prikazuje pulsnu emisiju izmjerenu sustavom teleskopa MAGIC (grafika: S. Klepser, kolaboracija MAGIC).

Podijeli.