10 000 000 000 000násobek energie viditelného světla

Pomocí observatoře H.E.S.S. (High Energy Stereoscopic System) v Namibii vědci detekovali výjimečně vysokoenergetické gama paprsky z pulsaru Vela, což zpochybňuje zavedené teorie o pulzních gama paprscích z takových hvězd. Tyto gama paprsky s energetickými hladinami 200krát intenzivnějšími než jakákoliv předchozí pozorování z pulsaru Vela přiměly výzkumníky k přehodnocení mechanismů, které stojí za tak silnými emisemi. Observatoř H.E.S.S. zaznamenala fotony z pulsaru Vela o energii 20 teraelektronvoltů.

Vědci využívající observatoř H.E.S.S. zaznamenali dosud nejvyšší energetické gama záření z mrtvé hvězdy zvané pulsar. Energie těchto gama paprsků dosahovala 20 teraelektronvoltů, což je asi deset bilionkrát více než energie viditelného světla. Toto pozorování je těžko slučitelné s teorií produkce takového pulzního gama záření, jak 5. října 2023 uvedl mezinárodní tým vědců v časopise Nature Astronomy.

Pulsary jsou pozůstatky zaniklých hvězd, které okázale explodovaly v podobě supernovy. Výbuchy za sebou zanechávají malou „mrtvou“ hvězdu o průměru pouhých 20 kilometrů, která rotuje extrémně rychle a je vybavena silným magnetickým polem. „Tyto mrtvé hvězdy se skládají téměř výhradně z neutronů a jsou neuvěřitelně husté: čajová lžička jejich materiálu má hmotnost více než pět miliard tun, neboli asi 900krát větší než hmotnost Velké pyramidy v Gíze,“ vysvětluje vědecká pracovnice H.E.S.S. Emma de Oña Wilhelmi, spoluautorka publikace působící ve společnosti DESY (Deutsches Elektronen-Synchrotron).

Pulsary vyzařují paprsky elektromagnetického záření, podobně jako kosmické majáky. Pokud jejich paprsek prochází Sluneční soustavou, vidíme záblesky záření v pravidelných časových intervalech. Tyto záblesky, nazývané také pulzy záření, lze hledat v různých oblastech elektromagnetického spektra. Vědci se domnívají, že zdrojem tohoto záření jsou rychlé elektrony produkované a urychlované v magnetosféře pulsaru při cestě k jeho periferii. Magnetosféru tvoří plazma a elektromagnetická pole, které hvězdu obklopují a společně s ní rotují. „Na své cestě ven získávají elektrony energii a uvolňují ji ve formě pozorovaných paprsků záření,“ říká Bronek Rudak z Astronomického centra Mikuláše Koperníka v Polsku, spoluautor studie.

Pulsar Vela, který se nachází na jižní obloze v souhvězdí Vela (Plachty), je nejjasnějším pulsarem v rádiovém pásmu elektromagnetického spektra a nejjasnějším trvalým zdrojem kosmického záření gama v rozsahu gigaelektronvoltů (GeV). Rotuje asi jedenáctkrát za sekundu. Nad několika GeV však jeho záření náhle skončí, pravděpodobně proto, že elektrony dosáhnou konce magnetosféry pulsaru a uniknou z ní.

Tím ale příběh nekončí: pomocí detailních pozorování pomocí H.E.S.S. byla nyní objevena nová složka záření o ještě vyšších energiích až desítek teraelektronvoltů (TeV). „To je asi 200krát energetičtější než veškeré záření, které kdy bylo z tohoto objektu dosud detekováno,“ říká spoluautor Christo Venter z North-West University v Jižní Africe. Tato velmi vysokoenergetická složka se objevuje ve stejných fázových intervalech jako složka pozorovaná v rozsahu GeV. Avšak k dosažení těchto energií mohou elektrony cestovat ještě dále než magnetosféra, ale rotační emisní původ musí zůstat nedotčený.

„Tento výsledek zpochybňuje naše předchozí znalosti o pulsarech a vyžaduje přehodnocení toho, jak tyto přírodní urychlovače fungují,“ říká Arache Djannati-Atai z laboratoře Astroparticle & Cosmology (APC) ve Francii, která vedla výzkum.

„Tradiční schéma, podle kterého jsou částice urychlovány podél magnetických siločar uvnitř magnetosféry nebo i mimo ni, nemůže dostatečně vysvětlit naše pozorování. Možná jsme svědky urychlování částic prostřednictvím procesu tzv. magnetického přepojování. Ale i tento scénář naráží na potíže při vysvětlení toho, jak takové extrémní záření vzniká.“

Ať už je vysvětlení jakékoliv, vedle svých dalších superlativů nyní pulsar Vela oficiálně drží rekord jako pulsar s dosud objeveným zářením gama s nejvyšší energií. „Tento objev otevírá nové pozorovací okno pro detekci dalších pulsarů v rozsahu desítek teraelektronvoltů se současnými a připravovanými citlivějšími gama dalekohledy, a tak připravuje cestu k lepšímu pochopení procesů extrémního zrychlení ve vysoce zmagnetizovaných astrofyzikálních objektech,“ říká Djannati-Atai.

Zdroj: https://scitechdaily.com/10000000000000x-the-energy-of-visible-light-pulsars-record-breaking-gamma-rays-baffle-scientists/ a https://www.desy.de/news/news_search/index_eng.html?openDirectAnchor=2919&two_columns=0

autor: František Martinek