Kiedy masywne gwiazdy osiągają kres swojego cyklu życia, eksplodują w masywnej supernowej i odrzucają większość swojego materiału. To, co pozostało, to „pulsar miliscond”, bardzo gęsta, silnie namagnesowana gwiazda neutronowa, która szybko wiruje i emituje wiązki promieniowania elektromagnetycznego. W końcu gwiazdy te tracą energię obrotową i zaczynają zwalniać, ale mogą przyspieszyć ponownie z pomocą towarzysza.
Według ostatnich badań międzynarodowy zespół naukowców był świadkiem tego rzadkiego zdarzenia, obserwując ultra-wolny pulsar znajdujący się w sąsiedniej Galaktyce Andromedy (XB091D). Wyniki ich badań wskazują, że pulsar ten przyspiesza od ostatniego miliona lat, co jest prawdopodobnie wynikiem schwytanego towarzysza, który odtąd przywraca swoją szybką prędkość obrotową.
Zazwyczaj, gdy pulsary łączą się ze zwykłą gwiazdą, wynikiem jest układ podwójny składający się z pulsara i białego karła. Dzieje się tak po tym, jak pulsar odrywa zewnętrzne warstwy gwiazdy, zamieniając ją w białego karła. Materiał z tej zewnętrznej warstwy tworzy następnie dyskresek wokół pulsara, który tworzy „gorący punkt”, który promieniuje jasno w spektrum promieniowania rentgenowskiego i gdzie temperatura może sięgać milionów stopni.
Zespołem kierował Ivan Zolotukhin z Sternberg Astronomical Institute przy Państwowym Uniwersytecie Moskiewskim im. Łomonosowa w Moskwie (MSU), w skład którego wchodzili astronomowie z Uniwersytetu w Tuluzie, Narodowego Instytutu Astrofizyki (INAF) oraz Smithsonian Astrophysical Observatory. Wyniki badań zostały opublikowane w The Astrophysical Journal pod tytułem „Najwolniejszy wirujący pulsometr rentgenowski w pozagalaktycznym gromadzie kulistej”.
Jak twierdzą w swoim artykule, wykrycie tego pulsara było możliwe dzięki danym zebranym przez obserwatorium kosmiczne XMM-Newton z lat 2000–2013. W tym czasie XMM-Newton zebrał informacje o około 50 miliardach fotonów rentgenowskich, które astronomowie z Łomosowa MSU połączyli w otwartą internetową bazę danych.
Ta baza danych pozwoliła astronomom przyjrzeć się bliżej wielu wcześniej odkrytym obiektom. Obejmuje to XB091D, pulsar z okresem sekund (znany również jako „drugi pulsar”) znajdujący się w jednej z najstarszych gromad kulistych w galaktyce Andromedy. Jednak znalezienie zdjęć rentgenowskich, które pozwoliłyby im scharakteryzować XB091D, nie było łatwym zadaniem. Jak wyjaśnił Ivan Zolotukhin w komunikacie prasowym MSU:
„Detektory na XMM-Newton wykrywają tylko jeden foton z tego pulsara co pięć sekund. Dlatego poszukiwanie pulsarów wśród obszernych danych XMM-Newton można porównać do poszukiwania igły w stogu siana. W rzeczywistości dla tego odkrycia musieliśmy stworzyć zupełnie nowe narzędzia matematyczne, które pozwoliły nam wyszukać i wyodrębnić sygnał okresowy. Teoretycznie istnieje wiele zastosowań tej metody, w tym poza astronomią. ”
Na podstawie ogółem 38 obserwacji XMM-Newton zespół stwierdził, że pulsar (który był wówczas jedynym znanym pulsarem poza naszą galaktyką), jest na najwcześniejszym etapie „odmładzania”. Krótko mówiąc, ich obserwacje wskazują, że pulsar zaczął przyspieszać mniej niż milion lat temu. Wniosek ten został oparty na fakcie, że XB091D jest najwolniejszym dotychczas odkrytym pulsarem w kształcie gromady kulistej.
Gwiazda neutronowa wykonuje jeden obrót w ciągu 1,2 sekundy, czyli ponad 10 razy wolniej niż poprzedni rekordzista. Na podstawie danych, które zaobserwowali, byli w stanie scharakteryzować środowisko wokół XB091D. Odkryli na przykład, że pulsar i jego para binarna znajdują się w niezwykle gęstej gromadzie kulistej (B091D) w Galaktyce Andromedy - w odległości około 2,5 miliona lat świetlnych.
Gromada ta ma około 12 miliardów lat i zawiera miliony starych, słabych gwiazd. Tymczasem jest ona gwiazdą o masie Słońca 0,8, a sam układ podwójny ma okres rotacji 30,5 godziny. Szacują, że za około 50 000 lat pulsar przyspieszy wystarczająco, aby ponownie mierzyć okres obrotowy w milisekundach - tj. Pulsar milisekundowy.
Co ciekawe, położenie XB910D w tym rozległym regionie gwiazd o bardzo wysokiej gęstości pozwoliło mu schwytać towarzysza około 1 miliona lat temu i rozpocząć proces „odmładzania”. Jak wyjaśnił Zolotukhin:
„W naszej galaktyce nie obserwuje się tak wolnych pulsarów rentgenowskich w 150 znanych gromadach kulistych, ponieważ ich rdzenie nie są wystarczająco duże i gęste, aby tworzyć bliskie gwiazdy podwójne z dostatecznie dużą szybkością. Wskazuje to, że jądro gromady B091D o niezwykle gęstym składzie gwiazd w XB091D jest znacznie większe niż w zwykłej gromadzie. Mamy więc do czynienia z dużym i raczej rzadkim przedmiotem - z gęstą resztką małej galaktyki, którą kiedyś pożarła galaktyka Andromeda. Gęstość gwiazd tutaj, w regionie o średnicy około 2,5 roku świetlnego, jest około 10 milionów razy wyższa niż w pobliżu Słońca. ”
Dzięki tym badaniom oraz narzędziom matematycznym opracowanym przez zespół, aby je znaleźć, astronomowie prawdopodobnie będą mogli odwiedzić wiele wcześniej odkrytych obiektów w nadchodzących latach. W tych ogromnych zbiorach danych może istnieć wiele przykładów rzadkich zdarzeń astronomicznych, które tylko czekają, aż zostaną świadkami i odpowiednio scharakteryzowane.
Dalsza lektura: The Astrophysical Journal, Łomonosowski Moskiewski Uniwersytet Państwowy
