Przejdź do treści

Gdzie w Galaktyce znajduje się PSR J0837-2454?

Wizja artystyczna pulsara

W 1967 roku studentka Jocelyn Bell Burnell odkryła pierwszego pulsara, otwierając okno na Wszechświat pełen wielu wspaniałych odmian tych ekstremalnych obiektów. Pulsary to szybko wirujące gwiazdy neutronowe o potężnych polach magnetycznych, emitujących wiązki fal radiowych. Są one źródłem wielu interesujących zjawisk: niektóre pulsary pochłaniają towarzyszące im gwiazdy, inne emitują impulsy wysokoenergetycznego promieniowania gamma, a jeszcze inne wykazują nagłe zmiany w okresie rotacji.

Pomimo tej różnorodności, astronomom udało się ustalić pewne typowe właściwości pulsarów. Na przykład, pulsary – zwłaszcza bardzo młode – rzadko są znajdowane blisko płaszczyzny Drogi Mlecznej. Gwiazdy, które je tworzą zazwyczaj żyją w dysku galaktycznym, a wiele pulsarów po prostu nie ma wystarczająco dużo czasu, aby się oddalić. Niedawna praca skupia się jednak na pulsarze, który wydaje się być znacznie dalej od płaszczyzny Galaktyki niż powinniśmy się spodziewać. Co może się dziać?

Paradoksalny pulsar
Ten konkretny pulsar, oznaczony jako J0837-2454, został odkryty w 2011 roku za pomocą radioteleskopu Parkes. Potrzeba było jednak kolejnych sześciu lat, aby uzyskać wystarczającą ilość danych, które pozwoliłyby odpowiednio określić jego własności. Autorzy odkryli, że pulsar był młodszy, szacując jego wiek na zaledwie 28 600 lat, z rozsądnym okresem rotacji i polem magnetycznym. Tym, co sprawiło, że wyróżniał się on na tle innych pulsarów była jego miara dyspersji, która opisuje, jak wiele wolnych elektronów znajduje się pomiędzy nami a pulsarem, a więc działa jak swojego rodzaju przybliżony wskaźnik odległości: jeżeli znasz miarę dyspersji, położenie pulsara na niebie i jak rozmieszczone są elektrony w Galaktyce, możesz obliczyć jego odległość od nas.

Astronomowie wybrali dwa powszechnie stosowane modele gęstości elektronowej Drogi Mlecznej, wprowadzone między innymi na podstawie pomiarów dyspersji i odległości do znanych pulsarów. Jeden z nich, model NE2001, przewidywał, że  J0837-2454 powinien znajdować się 6,4 kiloparseka (nieco ponad 20 000 lat świetlnych) od Ziemi, umieszczając go aż 1,1 kpc ponad płaszczyzną galaktyki – znacznie wyżej niż jakikolwiek pulsar w porównywalnym wieku. Drugi model, YMW, przewidywał, że powinien on leżeć poza dyskiem galaktycznym. Obydwa te wyniki byłyby zaskakujące, więc autorzy rozważali inne sposoby oszacowania odległości do pulsara.

Uzyskanie drugiej opinii – i trzeciej
Wiele młodych pulsarów jest związanych z pozostałościami po supernowych, więc sensowne było sprawdzenie, czy w pobliżu J0837-2454 znajduje się jedna z nich. Zespół wykorzystał Australia Telescope Compact Array (ATCA) do poszukiwania emisji radiowej z pozostałości, uzupełniając swoje obserwacje archiwalnymi obrazami z radiowego przeglądu Galactic and Extra-galactic All-sky MWA Survey (GLEAM) oraz Southern Hα Sky Survey (SHASSA).

Obserwacje ATCA nie były w stanie wykryć żadnej emisji podobnej do pozostałości po supernowej, ale obrazy GLEAM pokazały słabą strukturę w pobliżu pulsara, która może reprezentować taką pozostałość. Zakładając, że jest to rzeczywiście pozostałość po supernowej związana z pulsarem, struktura ta mogłaby dostarczyć niezależnego oszacowania odległości do J0837-2454: modele ewolucji pozostałości po supernowej mogłyby oszacować jego fizyczny rozmiar i porównać to z jego rozmiarem kątowym, dając w ten sposób odległość do źródła. Używając tej metody, autorzy określili odległość wynoszącą tylko 0,9 kpc od Ziemi, umieszczając strukturę – i pulsara, jeżeli struktura jest rzeczywiście powiązana z pozostałością – w bardziej rozsądnej odległości od płaszczyzny.

Dane z SHASSA dostarczyły również innego rozwiązania tego dylematu. Obrazy pokazały rozproszoną strukturę Hα w pobliżu pozycji pulsara, różniącą się od emisji radiowej wykrytej przez GLEAM. Autorzy zasugerowali, że emisja ta nie jest związana z pulsarem, lecz znajduje się pomiędzy nim a Ziemią. To mogło przyczynić się do zaskakująco wysokiej dyspersji. Jeżeli to prawda, wyniki SHASSA umiejscowiłyby pulsara w odległości zaledwie 0,2 kpc od Ziemi i blisko płaszczyzny Galaktyki.

Pozostaje jeszcze kilka kwestii do rozważenia. Zakładając, że odległość uzyskana z modelu NE2001 jest poprawna, w jaki sposób pulsar mógł się oddalić tak bardzo od dysku? Przebycie 1,1 kpc w ciągu 28 600 lat wymagałoby, aby pulsar poruszał się nieracjonalnie szybko. Jednakże, opiera się to na założeniu, że pulsar powstał wewnątrz dysku; możliwe jest, że w rzeczywistości uformował się znacznie bliżej swojej obecnej pozycji. Masywny protoplasta mógł być gwiazdą uciekającą, wypchniętą przez swojego towarzysza, który stał się supernową. Jednym ze sposobów potwierdzenia lub obalenia tego scenariusza byłoby zmierzenie prędkości pulsara poza płaszczyzną – nie jest to łatwe zadanie, ale nie niemożliwe.

To wciąż pozostawia oczywisty problem: jeżeli oszacowana odległość wg. modelu NE2001 jest poprawna, dlaczego ATCA nie wykrył pozostałości po supernowej? Możliwe, że struktura wykryta przez GLEAM jest zupełnie niezwiązana z pulsarem, a prawdziwa pozostałość po supernowej jest po prostu zbyt słaba. Jeżeli ośrodek okołogwiazdowy wokół pulsara jest zbyt rozproszony, lub pole magnetyczne jest zbyt słabe, pozostałość nie będzie w stanie wygenerować wystarczająco silnego promieniowania synchrotronowego na częstotliwościach radiowych, aby było wykryte przez ATCA. Połączenie tych dwóch czynników wydaje się być możliwym wyjaśnieniem. W miarę jak radioteleskopy nowej generacji, takie jak Square Kilometre Array będą podłączane do sieci, być może uda nam się znaleźć ostatnie elementy tej pulsarowej układanki.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Więcej informacji:

Źródło: AAS

Na ilustracji: Wizja artystyczna pulsara, szybko wirującej namagnesowanej gwiazdy neutronowej. Źródło: NASA

Reklama