Zahvaljujući pulsarima znanstvenici otkrivaju kako kozmičke zrake putuju svemirom

Pulsari pomažu znanstvenicima u razumijevanju izvora i putanje kozmičkih zraka.

Kozmičke zrake

Znanstvenici s Instituta za astrofiziku Andaluzije (IAA-CSIC) proveli su istraživanje u kojem analiziraju ulogu haloa gama zraka oko pulsara kako bi bolje razumjeli kako putuju kozmičke zrake. Ove male čestice svaki dan putuju gotovo brzinom svjetlosti te se sudaraju sa Zemljinom atmosferom. Pri sudaru, raspadaju se na sekundarne čestice koje zatim tuširaju naš planet. Porijeklo kozmičkih zraka, njihova brzina i širenje unutar galaksije jedno je od najvažnijih pitanja kada je riječ o fizici astročestica. Novo istraživanje nastoji analizirati ulogu pulsara, brzo rotirajućih neutronskih zvijezda, u putovanju kozmičkih zraka svemirom.

Kozmičke zrake uglavnom se sastoje od jezgra atoma, osobito vodika, ali i elektrona i drugih subatomskih čestica koje mogu doći sa Sunca te iz različitih izvora unutar Mliječne staze i drugih galaksija. Budući da su električno nabijene, odbijaju ih različita magnetska polja koja se nalaze u našoj galaksiji. Put kozmičkih zraka katkad značajno varira i prilično ga je teško rekonstruirati ili odrediti njegovo porijeklo.

https://kozmos.hr/arheolozi-ce-skenirati-veliku-piramidu-u-gizi-pomocu-kozmickih-zraka/

Pulsari igraju važnu ulogu

“Pulsari su odigrali ključnu ulogu u razvoju različitih područja astrofizike, a na primjer, Crab Pulsar je najpoznatiji akcelerator čestica izvan našeg Sunčevog sustava”, kaže Rubén López-Coto, istraživač s Instituta za astrofiziku Andaluzije ( IAA-CSIC) i Nacionalnog instituta za nuklearnu fiziku (Padova, INFN), koji vodi istraživanje. “Ali prije samo pet godina uspjeli smo potvrditi da su ti objekti okruženi haloom gama zraka koji nam može pomoći razumjeti kako putuju kozmičke zrake”.

Pulsari su vrsta neutronskih zvijezda, promjera oko dvadesetak kilometara. Nastaju kao rezultat smrti velikih zvijezda, 8-15 puta veće mase Sunca. U procesu umiranja, zvijezda izbacuje svoj omotač u eksploziji supernove, a njena se jezgra pretvara u neutronsku zvijezdu. Zaostala ovojnica formira strukturu i nastavlja širenje. Pulsari imaju prilično brzu rotaciju, do stotinu puta u sekundi, a pritom također emitiraju snop svjetlosti s oba pola.

Plerioni pulsara

“Pulsari lagano gube rotacijsku energiju, stvarajući vjetar elektrona i pozitrona koji ubrzava i izlazi iz njihove magnetosfere.. Ovaj vjetar stupa u interakciju s ostacima supernove, što dodatno ubrzava čestice i stvara maglicu pulsara odnosno plerion”, objašnjava Emma de Oña Wilhelmi, istraživačica u DESY (Njemačka).

Plerioni pokazuju različite faze ovisno o starosti pulsara. U mladim pulsarima (starosti manje od 10.000 godina), uočava se simetrična struktura koncentričnih sfera. Vjetar je komprimiran unutar ostatka supernove, a njegovi elektroni gube energiju i ostaju unutar njega. Vremenom se taj ostatak širi, vjetar se prestaje sabijati i nastaje nepravilna struktura koja zarobljava čestice. Nakon stotina tisuća godina, elektroni i pozitroni lagano počinju odlaziti iz pleriona, slobodno se šireći u međuzvjezdanom prostoru.

“Do 2017. znanstvenici nisu bili u potpunosti sigurni što se događa s plerionima starih pulsara. Proučavanje dvaju specifičnih pleriona pokazalo je vrlo opsežnu i energičnu emisiju, gama-aureolu pulsara, koja bi nastala sudarom ubrzanih elektrona i pozitrona sa svjetlošću iz drugih izvora. Tada smo uočili da se čestice iz magnetosfere pulsara šire kao galaktičke kozmičke zrake”, izjavila je Rubén López-Coto (IAA-CSIC).

Istraživanje je pokazalo da, s obzirom na veličinu aureole jednog od pulsara, pozitroni koji izlaze iz njegovog aureole rijetko dopiru do Zemlje te da otkriveni višak pozitrona koji se pripisuje pulsarima dolazi iz egzotičnijih izvora. Nadalje, otkriveno je da je brzina difuzije ovih čestica, koja bi trebala biti ista kao i za kozmičke zrake unutar galaksije, bila stotinu puta niža od nje. “Aureole gama zraka pulsara zauzimaju važno mjesto u proučavanju širenja kozmičkih zraka te novo polje u proučavanju pulsara”, dodaje López-Coto.

https://kozmos.hr/astronomi-uocili-tajanstveni-izvor-energije-drugaciji-od-svega-sto-smo-dosad-vidjeli/

Pridružite se raspravi u našoj Telegram grupi. KOZMOS Telegram

–t.me/kozmoshr

Izvori:

López-Coto, R., de Oña Wilhelmi, E., Aharonian, F. et al. Gamma-ray haloes around pulsars as the key to understanding cosmic-ray transport in the Galaxy. Nat Astron 6, 199–206 (2022). https://doi.org/10.1038/s41550-021-01580-0

López de Lacalle S. (14. veljače 2022.), Pulsars could hide one of the keys to understanding how cosmic rays travel, Iaa.csic.es (pristup 7. ožujka 2022.)