W gromadach kulistych odkryto 8 niezwykle rzadkich pulsarów milisekundowych

Międzynarodowy zespół astronomów odkrył osiem rzadkich pulsarów milisekundowych ukrytych w gęstych gromadach gwiazd otaczających Drogę Mleczną.

Pulsar jest to gwiazda neutronowa – gwiezdne obiekty wielkości miasta wypełnione masą co najmniej 1,4 masy naszego Słońca, które wyłaniają się po wybuchowej śmierci ich gwiazd macierzystych – która wydziela dwie wiązki fal radiowych na każdym biegunie, ze względu na swoje silne pole magnetyczne, a jednocześnie szybko wiruje z powodu swojej niewiarygodnie dużej masy. Z naszej perspektywy wyglądają jak migoczące gwiazdy, widoczne tylko wtedy, gdy promienie padają bezpośrednio na nas.

„Zdecydowana większość pulsarów obraca się raz na kilkaset milisekund lub więcej” lub kilka razy na sekundę, powiedział główny autor Alessandro Ridolfi, pracownik naukowy z tytułem doktora w Obserwatorium Astronomicznym w Cagliari we Włoszech. Z drugiej strony pulsar milisekundowy to pulsar, który obraca się setki razy na sekundę lub, równoważnie, raz na kilka milisekund.

W nowym badaniu Ridolfi i jego koledzy użyli teleskopu MeerKAT – zestawu 64 pojedynczych anten satelitarnych obsługiwanych przez South African Radio Astronomy Observatory (SARAO) – do poszukiwania pulsarów milisekundowych, które są znacznie rzadsze niż wolniej wirujące pulsary. W tym celu skupili się na dziewięciu gromadach kulistych – zbiorze gwiazd, które są połączone ze sobą własną grawitacją i krążą poza krawędzią galaktyki – otaczając Drogę Mleczną; znaleźli osiem milisekundowych pulsarów w pięciu z tych gromad, było to jedno z największych dotychczas badań pulsarów milisekundowych.

Systemy binarne

Pulsary milisekundowe są dość rzadkie, ponieważ ich szybkie obroty można osiągnąć tylko w układach podwójnych. W takich układach dwa ciała gwiezdne obracają się wokół siebie; w przypadku pulsarów partnerem gwiazdy neutronowej jest zwykle gwiazda podobna do naszego Słońca, ale czasami jeden członek układu podwójnego jest czymś bardziej egzotycznym, na przykład białym karłem, inną gwiazdą neutronową lub nawet czarną dziurą, powiedział Ridolfi.

„Aby osiągnąć tak dużą prędkość obrotową, gwiazda neutronowa musi uzyskać ruch obrotowy, kradnąc materię od gwiazdy towarzyszącej przez bardzo długi czas”, co oznacza miliardy lat, powiedział Ridolfi. “Z tego powodu pulsary milisekundowe mogą tworzyć się tylko w układach podwójnych i występują znacznie rzadziej niż inne pulsary.”

Jednak gromady kuliste obfitują w gwiazdy i podlegają silnym siłom grawitacyjnym, co znacznie zwiększa prawdopodobieństwo powstania układów podwójnych. W rezultacie więcej pulsarów w tych regionach może stać się pulsarami milisekundowymi.

„Ponad 90% znanych pulsarów w gromadach kulistych to pulsary milisekundowe” – powiedział Ridolfi. “A ponad połowa wszystkich znanych pulsarów milisekundowych znajduje się w gromadach kulistych.”

Kosmiczne zegary

Astronomowie uwielbiają badać pulsary milisekundowe, ponieważ wirują one ze stałą prędkością.

„Pulsary milisekundowe można uznać za super precyzyjne zegary kosmiczne” – powiedział Ridolfi. „Obracają się one znacznie stabilniej niż pulsary o dłuższym okresie obrotu i dlatego są znacznie bardziej odpowiednie do przeprowadzania wysoce precyzyjnych eksperymentów”.

Na przykład te wirujące kosmiczne latarnie morskie można wykorzystać do pomiaru masy gwiazd neutronowych, badania ewolucji układów podwójnych, wykrywania fal grawitacyjnych, lokalizowania czarnych dziur w centrach gromad kulistych, testowania ogólnej teorii względności – teorii Einsteina opisującej, jak materia wypacza przestrzeń – czas – i przeprowadzania wielu bardziej złożonych eksperymentów fizycznych, powiedział Ridolfi.

Naukowców szczególnie interesuje jeden z nowych pulsarów milisekundowych PSR J1823-3021G, ponieważ ma on niezwykłą orbitę.

„Jest to podwójny pulsar milisekundowy poruszający się po bardzo eliptycznej orbicie, będący wynikiem wymiany towarzysza” – powiedział Ridolfi. „Najprawdopodobniej gwiazda neutronowa znajdowała się pierwotnie na orbicie z lżejszym towarzyszem, który później został zastąpiony przez obecnego, bardziej masywnego towarzysza, w wyniku bliskiego spotkania”.

Jest to także największy z nowych pulsarów milisekundowych i może być ponad dwa razy cięższy od naszego Słońca, co jest „bardzo rzadkie” – powiedział Ridolfi.

Aktualizacje teleskopu

Ridolfi powiedział, że pomimo tego, że są teoretycznie bardzo powszechne w gromadach kulistych, pulsary milisekundowe rzadko wychodzą z ukrycia.

Jednak zaawansowane nowe teleskopy, w tym MeerKAT, w końcu pozwalają astronomom zajrzeć do gromad kulistych i odkryć ich więcej.

„Dzięki nowym teleskopom, które właśnie zbudowano, w ciągu kilku lat zwiększyliśmy o prawie 50 % liczbę pulsarów [odkrytych] w gromadach kulistych, z których prawie wszystkie bedą pulsarami milisekundowymi” – powiedział Ridolfi.

W tym badaniu wykorzystano tylko 44 talerze składające się na teleskop MeerKAT; astronomowie z tego samego projektu badawczego, Transients and Pulsars with MeerKAT (TRAPUM), już pracują nad nowym “przeglądem pulsarów w gromadach kulistych”, wykorzystując wszystkie 64 talerze do skupienia się na 28 gromadach kulistych, co może doprowadzić – potencjalnie – do odkrycia dziesiątek kolejnych pulsarów milisekundowych, powiedział Ridolfi.

„Mamy wielką nadzieję, że odkryjemy układ podwójny złożony z dwóch milisekundowych pulsarów lub pulsara krążącego wokół czarnej dziury o masie gwiazdowej” – powiedział Ridolfi. To byłby jeden z „Świętych Graali astronomii pulsarów”.

W przyszłości nawet większe teleskopy, takie jak Square Kilometer Array – zestaw teleskopów składający się z tysięcy talerzy i milionów anten z całego świata, którego częścią będzie MeerKAT – również pomogą odkryć więcej tych szybko wirujących pulsarów, pomoże to odpowiedzieć na więcej pytań dotyczących wszechświata, powiedział Ridolfi.

Badanie zostało opublikowane online 28 kwietnia w czasopiśmie Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Źródło: Harry Baker

Eight new millisecond pulsars from the first MeerKAT globular cluster census

Zdjęcie: European Space Agency & Francesco Ferraro (Bologna Astronomical Observatory)

Tematy:
Subscribe
Powiadom o
guest
0 komentarzy
Inline Feedbacks
View all comments
0
Would love your thoughts, please comment.x
()
x