Pulsary to szybko wirujące zwłoki masywnych gwiazd. Jedna taka tajemnica: dlaczego pulsary mają miliony stopniowych punktów wokół swoich biegunów? Nowe dane z obserwatorium rentgenowskiego XMM-Newton ESA podają w wątpliwość teorię, że naładowane cząstki zderzają się z powierzchnią pulsara na jego biegunach. XMM-Newton nie zauważył emisji promieniowania rentgenowskiego w kilku starych pulsarach, które powinny być bardzo jasne, jeśli cząstki ciągle zderzają się.
Nadwrażliwość obserwatorium rentgenowskiego XMM-Newtona ESA wykazała, że panująca teoria, w jaki sposób ciała gwiezdne, znane jako pulsary, generują promieniowanie rentgenowskie wymaga rewizji. W szczególności energia potrzebna do wygenerowania polarnych punktów gorących o milionach widocznych na chłodzących gwiazdach neutronowych może pochodzić głównie z wnętrza pulsara, a nie z zewnątrz.
Trzydzieści dziewięć lat temu astronomowie z Cambridge, Jocelyn Bell-Burnell i Anthony Hewish, odkryli pulsary. Te obiekty niebieskie to silnie namagnesowane wirujące rdzenie martwych gwiazd, każdy o średnicy zaledwie 20 kilometrów, ale zawierający w przybliżeniu 1,4 masy Słońca. Nawet dzisiaj wprawiają astronomów w zakłopotanie na całym świecie.
„Teoria emitowania promieniowania przez pulsary jest wciąż w powijakach, nawet po prawie czterdziestu latach pracy”, mówi Werner Becker, Max-Planck Institut für extraterrestrische Physik, Garching, Niemcy. Istnieje wiele modeli, ale nie ma teorii. Teraz, dzięki nowym obserwacjom XMM-Newton, Becker i współpracownicy mogli znaleźć kluczowy element układanki, który pomoże teoretykom wyjaśnić, dlaczego chłodzące gwiazdy neutronowe mają hotspoty w swoich regionach polarnych.
Gwiazdy neutronowe powstają w temperaturach ponad miliarda (1012 K) stopni podczas zapadania się masywnych gwiazd. Jak tylko się urodzą, zaczynają się ochładzać. Sposób, w jaki się ochładzają, musi zależeć od fizycznych właściwości nadprzyrodzonej materii wewnątrz nich.
Obserwacje poprzednich satelitów rentgenowskich wykazały, że promienie rentgenowskie z chłodzących gwiazd neutronowych pochodzą z trzech regionów pulsara. Po pierwsze, cała powierzchnia jest tak gorąca, że emituje promieniowanie rentgenowskie. Po drugie, w otoczeniu magnetycznym pulsara znajdują się naładowane cząsteczki, które również emitują promieniowanie rentgenowskie, gdy przemieszczają się na zewnątrz wzdłuż linii pola magnetycznego. Po trzecie, i co najważniejsze dla tego ostatniego dochodzenia, młodsze pulsary pokazują hotspoty rentgenowskie na swoich biegunach.
Do tej pory astronomowie uważali, że punkty aktywne powstają, gdy naładowane cząstki zderzają się z powierzchnią pulsara na biegunach. Jednak najnowsze wyniki XMM-Newton podważyły ten pogląd.
XMM-Newton uchwycił szczegółowe widoki emisji promieniowania rentgenowskiego z pięciu pulsarów, z których każdy miał nawet kilka milionów lat. „Żaden inny satelita rentgenowski nie może tego zrobić. Tylko XMM-Newton jest w stanie obserwować szczegóły ich emisji rentgenowskiej - mówi Becker. On i jego współpracownicy nie znaleźli żadnych dowodów emisji powierzchniowej ani polarnych punktów zapalnych, chociaż widzieli emisję z poruszających się na zewnątrz cząstek.
Brak emisji powierzchniowej nie jest zaskoczeniem. W ciągu kilku milionów lat od ich narodzin pulsary te ostygły z miliardów stopni do znacznie mniej niż 500 000 stopni Celsjusza, co oznacza, że ich promieniowanie rentgenowskie na całej powierzchni zniknęło z pola widzenia.
Jednak brak polarnych punktów zapalnych w starych pulsarach jest dużą niespodzianką i pokazuje, że ogrzewanie polarnych obszarów powierzchniowych przez bombardowanie cząsteczkami nie jest wystarczająco wydajne, aby wytworzyć znaczący składnik termiczny promieniowania rentgenowskiego. „W przypadku pulsara PSR B1929 + 10 sprzed trzech milionów lat udział jakiegokolwiek podgrzanego regionu polarnego stanowi mniej niż siedem procent całkowitego wykrytego strumienia promieniowania rentgenowskiego”, mówi Becker.
Wydaje się, że konwencjonalny pogląd nie jest jedynym sposobem spojrzenia na problem. Alternatywną teorią jest to, że ciepło uwięzione w pulsarie od jego narodzin będzie kierowane do biegunów przez intensywne pole magnetyczne wewnątrz pulsara. Wynika to z faktu, że ciepło jest przenoszone na elektrony, które są naładowane elektrycznie, a więc będą kierowane przez pola magnetyczne.
Oznacza to, że polarne gorące punkty w młodszych pulsarach powstają głównie z ciepła wewnątrz pulsara, a nie z zderzenia cząstek spoza pulsara. Dlatego znikną z pola widzenia w taki sam sposób, jak emisja na całej powierzchni. „Ten pogląd jest wciąż przedmiotem dyskusji, ale jest bardzo poparty przez nowe obserwacje XMM-Newton”, mówi Becker.
Prawie czterdzieści lat od odkrycia pulsarów wydaje się, że stare pulsary wciąż mają nowe sztuczki do nauki astronomów.
Oryginalne źródło: ESA News Release
