Gwiazda neutronowa z mgławicy Kraba rozwiązuje tajemnice promieniowania kosmicznego

Mgławica Kraba, która jest pozostałością po eksplozji supernowej obserwowanej przez chińskich i innych astronomów w roku 1054, jest jednym z najlepiej zbadanych obiektów w historii astronomii, a teraz może pomóc rozwiązać tajemnicę promieniowania kosmicznego!

Mgławica ta emituje promieniowanie w całym spektrum elektromagnetycznym, od promieni gamma, promieniowania ultrafioletowego i widzialnego, aż do fal podczerwonych i radiowych. Większość tego, co widzimy pochodzi z wysokoenergetycznych cząstek (elektronów), a astrofizycy mogą skonstruować szczegółowe modele tak, aby spróbować odtworzyć promieniowanie, które emitują te cząstki. Obecnie przyjęty został model stworzony przez włoskiego fizyka Enrico Fermiego w 1949 roku. Wygląda teraz na to, że był on tylko częściowo poprawny. Mgławica Kraba jest oddalona o 6.500 lat świetlnych od Ziemi. W jej centrum znajduje się gwiazda neutronowa obracająca się co 33 milisekundy, strzelając promieniami na falach radiowych i widzialnych - pulsar (jasna kropka w centrum obrazu).

Skomplikowany kształt mgławicy jest spowodowany przez złożoną interakcję pulsara, silnie poruszającego się wiatru cząstek pochodzących z pulsara, a materiał został początkowo wyrzucony przez eksplozję supernowej i przez samą gwiazdę przed eksplozją. Obraz z teleskopu Hubble'a powyżej pokazuje serce Mgławicy Krab, w tym tajemniczą gwiazdę neutronową centralną - jest to najodleglejsza z dwóch jasnych gwiazd w pobliżu środka, po prawej stronie tego obrazu. Gwiazda neutronowa jest zbudowana w całości z neutronów (stąd nazwa), i ma ona podobną masę co Słońce. Jednak cała masa jest ściśnięta w sferę zaledwie kilkudziesięciu kilometrów. Gwiazda neutronowa jest tak gęsta, że jedna łyżeczka jej materii na Ziemi ważyłaby tyle, co góra.

Nowe badanie przeprowadzone przez Federico Fraschettiego z Uniwersytetu w Arizonie w Stanach Zjednoczonych oraz Martina Pohla z Uniwersytetu w Potsdam w Niemczech ujawnia, że promieniowanie elektromagnetyczne płynące z Mgławicy Krab może mieć ine pochodzenie niżto, które przyjęli naukowcy: Całe spektrum promieniowania potencjalnie może być zunifikowane i wyłonić się z pojedynczej populacji elektronów. To hipoteza, która wcześniej wydawała się niemożliwa.

Zgodnie z ogólnie przyjętym modelem, kiedy cząstki osiągną granicę wstrząsową, wielokrotnie znowu odbijają się w przód i w tył z powodu turbulencji magnetycznej. Podczas tego procesu zyskują one energię - podobnie jak piłka tenisowa, odbijana między dwoma rakietami, które stale zbliżają się do siebie - i są one rozpędzane do prędkości światła. Taki model jest zgodny z ideą wprowadzoną przez włoskiego fizyka Enrico Fermiego w 1949 roku. "Obecne modele nie obejmują tego, co dzieje się, gdy cząstki osiągają najwyższą energię", powiedział Federico, pracownik naukowy Wydziałów Planetarnych Uniwersytetu Arizony, Astronomii i Fizyki. "Tylko jeśli uwzględnimy inny proces przyspieszenia, w którym liczba cząstek o wyższej energii spada szybciej niż w niższej energii, możemy wyjaśnić całe widmo elektromagnetyczne, które widzimy. To mówi nam, że chociaż fala uderzeniowa jest źródłem przyspieszenia cząstek, mechanizmy te muszą być różne ".

"Nowy wynik stanowi ważny krok w kierunku zrozumienia przyspieszenia cząstek w kosmicznych obiektach i pomaga odszyfrować pochodzenie cząstek energii, które znajdują się niemal we wszystkich miejscach Wszechświata", dodaje Martin Pohl, współautor badania. Badacze wnioskują, że potrzebne jest lepsze zrozumienie, jak cząstki te są przyspieszane w kosmicznych źródłach, oraz jak przyspieszenie działa, gdy energia cząstek staje się bardzo duża. Kilka misji NASA, w tym ACE, STEREO i WINDE, poświęconych jest właśnie badaniu podobnych właściwości wstrząsów spowodowanych eksplozją plazmy na powierzchni Słońca podczas podróży na Ziemię.

Opracował: Adam Tużnik

Więcej informacji:

 

Źródło: The Daily Galaxy, University of Arizona

Na ilustracji:

Na zdjęciu, które widzimy powyżej, wyraźnie można dostrzec sam pulsar (jedna z gwiazd znajdujących się w samym środku obrazu, ta po prawej), ale też jego okolicę. Źródło: nasa.gov