Globalna współpraca naukowa wykorzystująca dane z należącego do NASA teleskopu Neutron Star Interior Composition Explorer (NICER) na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej odkryła skoki promieniowania rentgenowskiego towarzyszące wybuchom radiowym z pulsara w Mgławicy Kraba.
Odkrycie pokazuje, że te wybuchy, zwane gigantycznymi impulsami radiowymi, uwalniają znacznie więcej energii, niż wcześniej podejrzewano.
Pulsar jest rodzajem szybko wirującej gwiazdy neutronowej, zgniecionym jądrem gwiazdy o rozmiarach miasta, która eksplodowała jako supernowa. Młoda, odizolowana gwiazda neutronowa może wirować dziesiątki razy na sekundę, a jej wirujące pole magnetyczne zasila wiązki fal radiowych, światła widzialnego, promieniowania rentgenowskiego i gamma. Jeśli wiązki te omijają Ziemię, astronomowie obserwują podobne do zegara impulsy emisji i klasyfikują obiekt jako pulsar.
"Spośród ponad 2800 skatalogowanych pulsarów, pulsar Kraba jest jednym z zaledwie kilku, które emitują gigantyczne impulsy radiowe, które pojawiają się sporadycznie i mogą być setki do tysięcy razy jaśniejsze niż regularne impulsy," powiedział główny naukowiec Teruaki Enoto z RIKEN Cluster for Pioneering Research w Wako z Japonii.
"Po dziesięcioleciach obserwacji, tylko Mgławica Kraba wykazała, że wzmacnia swoje gigantyczne impulsy radiowe emisją z innych części widma".
Nowe badanie, które ukaże się w wydaniu Science z 9 kwietnia i jest już dostępne online, przeanalizowało największą ilość jednoczesnych danych rentgenowskich i radiowych, jakie kiedykolwiek zebrano z pulsara. Rozszerza ono tysiąckrotnie obserwowany zakres energii związany z tym zjawiskiem wzmacniającym.
Znajdująca się w odległości około 6500 lat świetlnych w gwiazdozbiorze Taurusa Mgławica Kraba i jej pulsar powstały w supernowej, której światło dotarło na Ziemię w lipcu 1054 roku. Gwiazda neutronowa obraca się 30 razy na sekundę, a na długościach fal rentgenowskich i radiowych jest jednym z najjaśniejszych pulsarów na niebie.
Między sierpniem 2017 a sierpniem 2019 roku Enoto i jego koledzy wykorzystali NICER do wielokrotnej obserwacji pulsara Kraba w promieniowaniu rentgenowskim o energiach do 10 000 elektronowoltów, czyli tysiące razy większych niż w świetle widzialnym. Podczas gdy NICER obserwował obiekt, zespół badał go również za pomocą przynajmniej jednego z dwóch naziemnych teleskopów radiowych w Japonii - 34-metrowego talerza w Kashima Space Technology Center oraz 64-metrowego talerza w Usuda Deep Space Center Japońskiej Agencji Aeronautyki i Badań Kosmicznych, oba działające na częstotliwości 2 gigaherców.
Połączenie tych danych dało badaczom prawie półtorej doby jednoczesnych obserwacji radiowych i rentgenowskich. W sumie udało się uchwycić aktywność 3,7 miliona rotacji pulsara i uzyskać około 26 000 gigantycznych impulsów radiowych.
Gigantyczne impulsy wybuchają szybko, z prędkością milionowych części sekundy, i pojawiają się w sposób nieprzewidywalny. Jednakże, gdy się pojawiają, zbiegają się z regularnymi pulsacjami zegara.
NICER rejestruje czas dotarcia każdego wykrytego promieniowania rentgenowskiego z dokładnością do 100 nanosekund, ale precyzja pomiaru czasu nie jest jedyną zaletą teleskopu w tym badaniu.
"Zdolność NICER do obserwacji jasnych źródeł promieniowania rentgenowskiego jest prawie cztery razy większa niż łączna jasność pulsara i jego mgławicy," powiedział Zaven Arzoumanian, kierownik naukowy projektu w Goddard Space Flight Center NASA w Greenbelt, Maryland. "Tak więc na te obserwacje w dużej mierze nie wpłynął pileup - gdzie detektor liczy dwa lub więcej promieniowania X jako jedno zdarzenie - oraz inne problemy, które komplikowały wcześniejsze analizy".
Zespół Enoto połączył wszystkie dane rentgenowskie, które zbiegły się z gigantycznymi impulsami radiowymi, ujawniając wzmocnienie promieniowania rentgenowskiego o około 4%, które wystąpiło w synchronizacji z nimi. Jest to niezwykle podobne do 3% wzrostu w świetle widzialnym, również związanego z tym zjawiskiem, odkrytym w 2003 roku. W porównaniu z różnicą jasności pomiędzy zwykłymi i olbrzymimi pulsami Kraba zmiany te są niezwykle małe i stanowią wyzwanie dla modeli teoretycznych.
Wzmocnienia sugerują, że gigantyczne impulsy są przejawem podstawowych procesów, które produkują emisję obejmującą spektrum elektromagnetyczne, od radia do promieniowania rentgenowskiego. A ponieważ promieniowanie rentgenowskie jest miliony razy silniejsze niż fale radiowe, nawet niewielki wzrost stanowi duży wkład energetyczny. Naukowcy doszli do wniosku, że całkowita energia emitowana przez gigantyczny impuls jest dziesiątki, do setek razy większa niż wcześniej szacowano na podstawie samych danych radiowych i optycznych.
"Wciąż nie rozumiemy jak i gdzie pulsary wytwarzają swoją złożoną i rozległą emisję, dlatego cieszymy się, że udało nam się dołożyć kolejny element do wielopoziomowej układanki tych fascynujących obiektów".
Źródło: phys.org
