Przejdź do głównej treści

Widok zawartości stron Widok zawartości stron

Nawigacja okruszkowa Nawigacja okruszkowa

Widok zawartości stron Widok zawartości stron

Widok zawartości stron Widok zawartości stron

Naukowcy odkryli promieniowanie gamma o rekordowej energii pochodzące z pulsara

Naukowcy odkryli promieniowanie gamma o rekordowej energii pochodzące z pulsara

Naukowcy korzystający z obserwatorium H.E.S.S. w Namibii odkryli promieniowanie gamma o rekordowej energii pochodzące z martwej gwiazdy zwanej pulsarem. Energia fotonów tego promieniowania sięga 20 teraelektronowoltów, czyli mniej więcej dziesięć bilionów razy więcej niż energia fotonów światła widzialnego. Jak donosi międzynarodowy zespół w czasopiśmie Nature Astronomy - obserwacja ta jest trudna do pogodzenia z teorią powstawania promieniowania gamma wysokich energii w pulsarach.

Pulsary to pozostałości po gwiazdach, które eksplodowały spektakularnie jako supernowe. Wybuchy supernowych pozostawiają po sobie małą martwą gwiazdę o średnicy zaledwie około 20 kilometrów, bardzo szybko rotującą i obdarzoną ogromnym polem magnetycznym. "Te martwe gwiazdy są prawie całkowicie zbudowane z neutronów i są nadzwyczaj gęste: łyżeczka ich materii ma masę ponad pięciu miliardów ton, około 900 razy większą niż masa Wielkiej Piramidy w Gizie", wyjaśnia naukowiec z H.E.S.S., dr Emma de Oña Wilhelmi, współautorka publikacji pracująca w Niemieckim Synchrotronie Elektronowym (DESY) w Niemczech.

Pulsary emitują obracające się wiązki promieniowania elektromagnetycznego, podobnie jak kosmiczne latarnie morskie. Jeśli ich wiązka omiata Układ Słoneczny, obserwujemy błyski promieniowania w regularnych odstępach czasu. Te błyski, nazywane też pulsami promieniowania, mogą występować w różnych zakresach energii widma elektromagnetycznego. Naukowcy uważają, że źródłem tego promieniowania są szybkie elektrony, powstające i przyspieszane w magnetosferze pulsara w trakcie podróży ku jej peryferiom. Magnetosfera składa się z plazmy i pól elektromagnetycznych otaczających gwiazdę i obracających się razem z nią. "Podczas swojej podróży na zewnątrz elektrony zyskują energię i uwalniają ją w postaci obserwowanych wiązek promieniowania", wyjaśnia prof. Bronisław Rudak z Centrum Astronomicznego im. Mikołaja Kopernika (CAMK PAN), także współautor publikacji.

"To jest promieniowanie około 200 razy bardziej energetyczne niż jakiekolwiek wcześniej zarejestrowane z tego obiektu"

Pulsar Vela, znajdujący się na południowym niebie w gwiazdozbiorze Żagla, jest najjaśniejszym pulsarem w paśmie radiowym widma elektromagnetycznego i najjaśniejszym stałym źródłem kosmicznego promieniowania gamma w zakresie gigaelektronowoltów (GeV). Obraca się około jedenastu razy na sekundę. W zakresie energii powyżej kilku GeV jego promieniowanie nagle zanika, prawdopodobnie dlatego, że elektrony docierają do końca magnetosfery pulsara i z niej uciekają.

To nie koniec historii. Dzięki długotrwałym obserwacjom z użyciem teleskopów H.E.S.S. odkryto teraz nowy składnik promieniowania w zakresie jeszcze wyższych energii, sięgających kilkudziesięciu teraelektronowoltów (TeV). "To jest promieniowanie około 200 razy bardziej energetyczne niż jakiekolwiek wcześniej zarejestrowane z tego obiektu", mówi współautor prof. Christo Venter z Uniwersytetu Północno-Zachodniego w Republice Południowej Afryki. Ten bardzo wysokoenergetyczny składnik promieniowania pojawia się w tych samych fazach co składnik obserwowany w zakresie GeV. Jednakże, aby osiągnąć tak wysokie energie, elektrony muszą podróżować poza granicę magnetosfery, a fazy pulsów powinny pozostać nienaruszone.

"Ten wynik kwestionuje naszą wcześniejszą wiedzę na temat pulsarów i wymaga ponownego przemyślenia, jak działają te naturalne akceleratory"

"Ten wynik kwestionuje naszą wcześniejszą wiedzę na temat pulsarów i wymaga ponownego przemyślenia, jak działają te naturalne akceleratory", mówi dr Arache Djannati-Ataï z laboratorium Astrocząstek i Kosmologii (APC) we Francji, który kierował badaniami. "Tradycyjny schemat, według którego cząstki są przyspieszane wzdłuż linii pola magnetycznego wewnątrz lub nieco na zewnątrz magnetosfery, nie jest w stanie dostatecznie wyjaśnić naszych obserwacji. Być może obserwujemy przyspieszanie cząstek poprzez tzw. proces rekoneksji magnetycznej poza cylindrem świetlnym, który w jakiś sposób zachowuje wzór rotacji. Jednak nawet ten scenariusz napotyka trudności w wyjaśnieniu, jak powstaje promieniowanie o tak ekstremalnej energii".

Bez względu na wyjaśnienie Vela, obok innych swoich wyjątkowych własności, oficjalnie stała się pulsarem o najwyższej odkrytej do tej pory energii promieniowania gamma. "To odkrycie otwiera nowe okno obserwacyjne do wykrywania innych pulsarów w zakresie kilku dziesiątków teraelektronowoltów za pomocą obecnych i przyszłych, bardziej czułych teleskopów gamma, torując drogę do lepszego zrozumienia procesów ekstremalnego przyspieszania cząstek w obiektach astrofizycznych o silnym polu magnetycznym", podkreśla dr Arache Djannati-Ataï.

Obserwatorium H.E.S.S. (High Energy Stereoscopic System) to sieć pięciu teleskopów Czerenkowa do obserwacji kosmicznego promieniowania gamma. Obserwatorium działa w ramach współpracy międzynarodowej. Teleskopy znajdują się w Namibii, niedaleko góry Gamsberg, w regionie znanym z doskonałych warunków do obserwacji astronomicznych. Cztery teleskopy H.E.S.S. zaczęły działać w latach 2002/2003, a znacznie większy piąty teleskop - H.E.S.S. II - od lipca 2012 roku. Dodanie piątego teleskopu, rozszerzyło zakres energetyczny rejestrowanego promieniowania w kierunku niższych energii oraz zwiększyło czułość sieci. W badaniach H.E.S.S. uczestniczy ponad 230 naukowców z 41 instytutów w 15 różnych krajach.

W skład zespołu H.E.S.S. wchodzą uczeni z pięciu polskich instytucji: Centrum Astronomicznego im. M. Kopernika PAN w Warszawie, Obserwatorium Astronomicznego Uniwersytetu Jagiellońskiego w Krakowie, Instytutu Fizyki Jądrowej im. H. Niewodniczańskiego w Krakowie, Obserwatorium Astronomicznego Uniwersytetu Warszawskiego oraz Instytutu Astronomii Uniwersytetu Mikołaja Kopernika w Toruniu. Rolę krajowego koordynatora projektu pełni prof. dr hab. Rafał Moderski z Centrum Astronomicznego im. M. Kopernika PAN.

 

Udział polskich naukowców w projekcie H.E.S.S. dofinansowano z programu Ministra Edukacji i Nauki “Wsparcie udziału polskich zespołów naukowych w międzynarodowych projektach infrastruktury badawczej” na podstawie umowy nr 2021/WK/06.

 

Publikacja:

Discovery of a Radiation Component from the Vela Pulsar Reaching 20 Teraelectronvolts, The H.E.S.S. collaboration, Nature Astronomy, 2023; DOI: 10.1038/s41550-023-02052-3

 

Grafika:

Naukowcy uważają, że energie fotonów światła podczerwonego z biegunów pulsara są wzmacniane do energii promieniowania gamma (niebieskiego) przez ultra-relatywistyczne elektrony.
CREDIT: Science Communication Lab for DESY.

Polecamy również
Bać się, czy nie, oto jest pytanie, czyli o kleszczach z rodzaju Hyalomma Koch, 1844

Bać się, czy nie, oto jest pytanie, czyli o kleszczach z rodzaju Hyalomma Koch, 1844

Zrozumieć, zamiast dyscyplinować

Zrozumieć, zamiast dyscyplinować

Nocna zmiana, czyli pestycydy szkodzą bez względu na porę doby

Nocna zmiana, czyli pestycydy szkodzą bez względu na porę doby

Zielona Sahara, czyli jak powstał starożytny Egipt

Zielona Sahara, czyli jak powstał starożytny Egipt