Nové výzkumy pulsaru v Krabí mlhovině

Pulsar v Krabí mlhovině dosáhl nového rekordu: vysílá záření s největší energií, které bylo doposud na nějaké hvězdě naměřeno. Toto pozorování by mohlo zpochybnit naše dnešní chápání pulsarů. Kromě toho existuje nový, dosud málo pochopený mechanismus, který urychluje částice na vysokou energii. Toto nyní zkoumá výzkumný tým s pomocí MAGIC teleskopů.

Krabí mlhovina je pozůstatek exploze supernovy, jejíž světlo dostihlo Zemi v roce 1054. Pulsarem je neutronová hvězda s průměrem asi 20 kilometrů, která 30krát za sekundu rotuje kolem vlastní osy. Vysílá k nám světelný paprsek připomínající světlo majáku, který ukrývá celé elektromagnetické spektrum – od dlouhých radiových vln přes viditelné světlo až po krátké gama paprsky.

Pulsar je obklopen plynnou obálkou (Krabí mlhovina), která byla při explozi hvězdy vymrštěna do vesmíru. 
S pomocí MAGIC teleskopů objevili vědci fotony, jejichž energie je mnohem vyšší, než se doposud věřilo. Vyhodnotili totiž 320 pozorovacích hodin v období mezi říjnem 2007 a dubnem 2014.

V minulosti nejvyšší zaznamenaná energie z pulsaru v Krabí mlhovině byla 6GeV (gigaelektronvolt). V roce 2008 však zaregistrovaly MAGIC teleskopy více jak 25GeV. O čtyři roky později předčila observatoř svůj vlastní výsledek s měřením 400 GeV. Nyní zaznamenaly MAGIC teleskopy gama záření s energií více jak 1,5TeV. Vědci však nemohou vysvětlit, jak jsou částice urychleny na tuto extrémně vysokou energii.

„Při výrobě nabitých částic hraje hlavní roli pro neutronovou hvězdu typické enormně silné magnetické pole, které je způsobeno velmi silným elektrickým polem,“ říká Razmik Mirzovan, mluvčí MAGIC týmu a vedoucí projektu na institutu Maxe Plancka pro fyziku. Předtím než zaniknou ve styku s jinými částicemi, jsou v atmosféře neutronové hvězdy elektrony a jejich antičástice (zvané pozitrony) urychlovány téměř na rychlost světla.

Tento model by se dal vysvětlit jako tzv. synchrotronní záření; to se vyskytuje vždy tam, kde se elektrony pohybují relativistickou rychlostí v magnetickém poli. Pro tyto pozorované gama pulsy s energií přibližně 1,5TeV musí být ale jiné vysvětlení.

„My můžeme toto extrémní gama záření pozorovat pouze tehdy, když se těmto elektronům nějak podaří uniknout komplexní topologii magnetického pole neutronové hvězdy a urychlit se v elektrickém poli,“ říká Mirzoyan. „Pak se spojí dohromady s rádiovými vlnami a rentgenovými paprsky a vytvoří světelný paprsek připomínající maják, který je typický pro pulsary."

Pro únik gama paprsků přichází v úvahu i nepřímá cesta. V tomto procesu úniku to nejsou nově vznikající elektrony a pozitrony, nýbrž jejich urychlení potomci druhé a třetí generace. Ti vznikají na vnějším okraji magnetického pole, ve výšce přibližně 1500 km nad hvězdou.

Zjednodušeně řečeno, částice bohaté na energii interagují s ultrafialovým zářením a rentgenovými paprsky, jakož i s magnetickým polem. Následně přenášejí sekundární částice svou energii na fotony s nízkou energií, čímž jsou transformovány do vysoce energetických gama kvant – které pak opouštějí magnetické pole. Popsaný přenos energie je známý jako inversní Comptonův mechanismus.

Prostřednictvím Comptonova mechanismu by se mohly gama fotony tvořit daleko od pulsaru, v pulsarovém větru – tam, kde zrychlené částice potkávají rentgenové paprsky. Nicméně extrémní gamma paprsky jsou na MAGIC teleskopech registrovány přesně ve stejný čas jako energeticky chudší rádiové a rentgenové paprsky – o kterých je známo, že vznikají uvnitř magnetického pole.

„To by mohlo znamenat, že všechno záření je emitováno v relativně malé oblasti na okraji magnetického pole, případně si vysoce nabité gama záření ponechá určitým způsobem „vzpomínku“ na záření o nižší energii,“ říká Razmik Mirzoyan.

Vědci z Max Planckova institutu věří, že inverzní Comptonův mechanismus může vysvětlit existenci gama záření na pulsaru. V dlouhodobém horizontu potřebujeme nové, detailnější teoretické modely, které tento fenomén přesně popíší, říká Mirzoyan.

Zdroj: https://www.mpg.de

autor: Sylvie Gorková