Astronomowie odkryli, że obracający się 377 razy na sekundę pulsar PSR J2039-5617 ma towarzysza – gwiazdę o masie 0.15 Mʘ. Jest to wynik analizy obserwacji satelitarnego teleskopu rentgenowskiego Fermiego w ramach naukowego wolontariatu Einstein@Home, w którym każdy może udostępnić swój komputer do obliczeń. PSR J2039-5617 jest zaliczany do rzadkiej klasy układów podwójnych zwanych popularnie „czerwonymi grzbietami/odwłokami” (ang. „redbacks”), które zachowują się podobnie jak pająki-kanibale.
Pulsary milisekundowe są wiekowymi gwiazdami neutronowymi w układach podwójnych, których towarzyszami są gwiazdy. Ogromna prędkość rotacji tych pulsarów (> 100 obrotów na sekundę) została nadana w wyniku akrecji materii z orbitującego towarzysza.
Astronomowie często wymiennie używają określeń pulsar milisekundowy i pulsar z odzysku/recyklingu, ponieważ obecnie uważa się, że milisekundowe pulsary powstały w wyniku recykling wiekowych i „martwych” już gwiazd neutronowych poprzez akrecję materii. Akrecja materii na pulsara sprawia, że pulsar coraz szybciej rotuje oraz słabnie jego pole magnetyczne. W przeciwieństwo do „normalnych” pulsarów, z których tylko ~1% jest w układach podwójnych, pulsary milisekundowe w większości obserwuje się w układach podwójnych (>50%). Jest to zgodne z hipotezą przyspieszenia ruchu obrotowego pulsara.
Najbardziej przekonującym dowodem na rzecz takiego scenariusza z recyklingiem jest odkrycie trzech pulsarów milisekundowych w fazie przejściowej, w której zaobserwowano „przełączenie” pomiędzy stanem pulsara milisekundowego zasilanego przez rotację i małomasywnym układem rentgenowskim zasilanym przez akrecję. W pierwszej fazie istnieje szansa zaobserwowania pulsara radiowego.
W stanie zasilania przez rotację te wszystkie układy należą do klasy milisekundowych pulsarów w ciasnych układach podwójnych zwanych popularnie układami typu „czerwone grzbiety/odwłoki” (ang. „redbacks”/redback pulsars), które składają się z milisekundowego pulsara i małomasywnej gwiazdy.
Układy typu „czerwone grzbiety” i powiązane z nimi „czarne wdowy” otrzymały w literaturze astronomicznej określenie gatunków pająków, w których ma miejsce kanibalizm – po godach cięższe, żeńskie osobniki konsumują swoich mniejszych, męskich towarzyszy. Jest to analogia do tego, że towarzysz gwiazdowy o mniejszej masie jest niszczony przez cząstki wiatru pulsara lub/i silny strumień wysokoenergetycznego promieniowania.
Powyższy podział na dwie następujące dobrze rozdzielone typy wynikł z analizy zaćmieniowych układów podwójnych z milisekundowymi pulsarami (okresy orbitalne 0.1 < P < 1 dzień):
• czarne wdowy (ang. black widows); towarzysz gwiazdy neutronowej (donor) – zdegenerowany obiekt o masie M2 < 0.05 Mʘ; np. PSR B1957+20;
• czerwone grzbiety/odwłoki (ang. redbacks / redback pulsars); towarzysz gwiazdy neutronowej (donor) – normalna gwiazda typu widmowego F-M o masie 0.1 < M2 < 0.7 Mʘ; orbity układu podwójnego – prawie kołowe;
Dodatkowo gwiazdy tracące masę (donory) w układach typu czerwone grzbiety są jaśniejsze niż samotne gwiazdy ciągu głównego o tej samej temperatury efektywnej. Dlatego gwiazda-donor w tych układach podwójnych posiada większy promień niż samotna gwiazda tego samego typu widmowego. Z tego powodu mówi się, że gwiazdy-donory w układach typu czerwone grzbiety są powiększone.
Do niedawna odkryto tylko niewielką grupę tych „pajęczych” układów podczas przeglądów obserwacyjnych Drogi Mlecznej. Najprawdopodobniej jest to związane ze zjawiskiem ablacji – wyparowania mniej masywnego towarzysza, któremu zawdzięczają pseudonim układy typu czerwone odwłoki i czarne wdowy. Plazma z małomasywnego towarzysza może przesłonić lub rozproszyć puls radiowy pulsara przez większą część orbity. Dlatego tak trudno jest wykryć te sygnały podczas poszukiwań pulsarów w zakresie radiowym.
PSR J2039-5617 jest znany od 2014 roku jako pulsaropodobne źródło promieniowania gamma 3FGL J2039.6-5618. Wszystkie dowody wskazywały, że jest to układ podwójny z szybko obracającą się gwiazdą neutronową i gwiazdą małomasywną. Ale brakowało przekonującego dowodu.
Ten dowód dostarczyły obserwacje w zakresie optycznym, ponieważ jasność układu zmienia się z okresem orbitalnym w zależności o tego, z której strony towarzysz gwiazdy neutronowej jest widoczny z Ziemi.
W układzie PSR J2039-5617 występują dwa główne procesy – powiedział główny autor publikacji dr Colin Clark (Jodrell Bank Centre for Astrophysics) – Pulsar rozgrzewa jedną stronę lżejszego towarzysza, która wydaje się jaśniejsza i bardziej niebieska. Dodatkowo jest on zniekształcony przez pole grawitacyjne pulsara co powoduje, że obserwowany rozmiar gwiazdy zmienia się z fazą orbitalną. Te obserwacje pozwoliły uzyskać naszemu zespołowi naukowców najdokładniejszy możliwy do uzyskania okres orbitalny 5.5 godziny, jak również inne parametry tego układu.
Opracowanie: Ryszard Biernikowicz
Więcej informacji:
Astronomers Discover Rare ‘Redback’ Millisecond Pulsar
Źródło: Sci-news.com
Na ilustracji: wizja artystyczna pulsara milisekundowego PSR J2039-5617 i jego towarzysza. U góry po prawej stronie: jadowity pająk Latrodectus hasselti popularnie zwany w j.ang. redback spider (pająk o czerwonym grzbiecie/odwłoku), który ma wspólną cechę z PSR J2039-5617 - kanibalizm, w którym cięższy towarzysz niszczy (pożera) lżejszego. Źródło: B. Knispel / C.J. Clark / Max Planck Institute for Gravitational Physics / NASA’s Goddard Space Flight Center + obraz jadowitego pająka o czerwonym grzbiecie z Wikipedii
