kozmos.hr
Jeste li znali?

Zašto pulsari izgledaju kao da pulsiraju?

Pulsar
objavljeno

Pulsari su specifičan tip neutronskih zvijezda koji iz naše perspektive samo izgledaju kao da pulsiraju. Stvarnost je puno zanimljivija.

Ranije smo pisali o životnom vijeku prosječne zvijezde i o tome što se sve mora dogoditi da se ona, jednom kada nestane bez svog ‘goriva’ (vodika), pretvori u ono što zovemo neutronskom zvijezdom. Ukratko, ako je masa neke zvijezde na kraju njenog životnog vijeka dovoljno velika da se pokrenu novi nuklearni procesi i ona eksplodira, tj. da dođe do supernove, te ako pak nije dovoljno velika da kroz tu supernovu kolabira u crnu rupu, zvijezda će završiti kao neutronska zvijezda. Radi se o tipu malih, gustih i teških zvijezda koje su većinskim dijelom izgrađene od neutronske smjese, jer pod uvjetima nastanka takve zvijezde protoni i elektroni mahom budu uništeni i od njih se stvore dodatni protoni. Kombinacijom neutronskog degenerativnog pritiska i jake nuklearne sile ti neutroni ne urušavaju se dalje, već se opiru pritisku gravitacije. Neutronske zvijezde uglavnom imaju masu između 1,4 i 2 solarne mase, a promjer ne veći od nekoliko desetaka kilometara, što znači da njihova gustoća bude oko 100 bilijuna puta veća od gustoće Sunca. Uz to, temperatura na njenoj površini oko 10 je puta veća od one na površini Sunca.

Pulsar artist
Umjetnički prikaz pulsara. Izvor: Shutterstock.

Kako se ponašaju pulsari?

Jednom kada se rodi neutronska zvijezda, ona se u pravilu uvijek počne vrlo brzo rotirati. Točnije, zbog smanjene mase i očuvanja kutnog momenta dolazi do velikog ubrzanja rotacije koju je imala njena prethodnica. Kod “običnih” neutronskih zvijezda ta rotacija nije toliko značajan faktor, no ona to postaje ako krene nakupljanje elektromagnetske radijacije, posebno radiovalova, na njenim magnetskim polovima. U tom slučaju, iz njenih polova radijacija se širi u okolni svemir u obliku kakvih velikih, svemirskih šipki koje strše vertikalno iz njezinog sjevernog i južnog magnetskog pola. Dalje, ako je zvijezda okrenuta u odnosu na promatrača (Zemlju) na pravi način, njenom rotacijom te nakupine radijacije okreću se prema nama i od nas zajedno s polovima koji se okreću prema nama i od nas. Iz naše perspektive to ima očaravajući efekt: izgleda kao da zvijezda “pulsira” i zato takvu neutronsku zvijezdu zovemo pulsarom.

Radi se, dakle, o perspektivi koju imamo na svemir i nebeska tijela. To nismo znali u studenom 1967. kad je Jocelyn Bell Burnell, u to vrijeme doktorska studentica astronomije na Sveučilištu Cambridge s fokusom na radioastronomiju, jedne večeri uperila teleskop u nebo i ostala zapanjena. U jednom trenutku Burnell je uočila cikličko dolaženje i nestajanje radiovalova iz jednog kutka neba. Novootkriveni fenomen prvo je nazvala „bockanjem“, a nakon toga njen profesor u šali je objekt nazvao LGM-1 (od little green men, tj. mali zeleni čovječuljci). Danas znamo da je to što je Burnell vidjela zapravo pulsar. Točnije, radi se o zvijezdi PSR B1919+21 u zviježđu Lisica udaljenoj oko 1000 svjetlosnih godina.

prvi pulsar
Graf koji prikazuje oscilacije radiovalova koje je Jocelyn Burnell primila 1967. sa zvijezde za koju danas znamo da je pulsar. Izvor: Churchill Archives Centre/University of Cambridge.

Uzroci “pulsiranja”

Na polovima neutronske zvijezde dolazi do takvih izboja radijacije zbog njezinog magnetskog polja. To polje iznimno je jako, ponekada i nekoliko bilijuna puta jače od onog koje ima Zemlja. Dalje, rotacijom magnetskog polja s površine zvijezde u svemir se povuku struje čestica, točnije elektrona i protona koji su ostali na njenoj površini nakon supernove, i one se pritom ubrzavaju do izvanrednih brzina. Kad te čestice dođu u kontakt sa silnicama magnetskog polja, na magnetskim polovima gdje su silnice najgušće zbog interakcije s česticama dolazi do izbijanja elektromagnetske radijacije u svemir. Naravno, glavna os magnetskog polja neke zvijezde, tj. os koja prolazi kroz njezine magnetske polove, ne mora biti istovjetna s njenom rotacijskom osi. (Isto kao i na Zemlji, magnetski polovi zvijezde mogu biti “pomaknuti” u odnosu na geografske polove.)

Do danas smo detektirali nešto više od 2000 pulsara i većina njih ima period rotacije od otprilike jedne sekunde, te njih astronomi zovu sporim pulsarima. S druge strane, oko 200 otkrivenih pulsara rotira se i do nekoliko stotina puta u sekundi i oni se zovu milisekundni pulsari. Pulsar s najkraćim vremenom rotacije koji smo ikad otkrili rotira se 716 puta u sekundi. Taj proces, doduše, ne traje vječno. Kako rotacija pulsara s vremenom usporava, tako se u jednom trenu ona uspori dovoljno da magnetsko polje više nije sposobno bacati u svemir „šiljke“ elektromagnetske radijacije, te taj trenutak smatramo trenutkom „gašenja“ pulsara. On se obično dogodi između 10 i 100 milijuna godina nakon nastanka pulsara, zbog čega vjerujemo da 99% pulsara ikad stvorenih u svemiru više ne “pulsira”.

crab nebula
Hubbleova slika maglice Rak u čijem se središtu nalazi pulsar. Izvor: NASA, ESA.

Ovo sve, još jednom, najčešće se događa na dijelovima elektromagnetskog spektra koje ljudsko oko ne vidi, tako da se nemojte nadati pogledati u nebo i spaziti kako neka zvijezda pulsira. Do sada je otkriveno tek 6 optičkih pulsara, tj. pulsara koji djeluju na vidljivom djelu spektra, i svi su vrlo slabo vidljivi. (Najsvjetliji od njih, PSR B0531+21 ili „Rakov pulsar“, ima prividnu magnitudu 16,5, ostali debelo iznad 20.)

Za kraj, valja spomenuti da NASA već 5 godina aktivno provodi misiju NICER (od Neutron Star Interior Composition Explorer). U sklopu misije, na Međunarodnu svemirsku postaju poslan je teleskop specijalno dizajniran za promatranje neutronskih zvijezda, uključujući pulsare, na dijelu spektra X-zraka. Pomoću njega proučavaju se značajke unutrašnjosti tih zvijezda, priroda ultrazbijene tvari od koje su sastavljene i njihovo ponašanje. Nadamo se da će nam taj i budući projekti produbiti znanje o ekstremnim uvjetima u kojima nastaju i postoje pulsari, a nakon toga i znanje o svemiru općenito. Neutronske zvijezde su, sjetimo se, nešto najbliže crnim rupama što u svemiru postoji i kao takve mogu biti ključ otkrivenja odnosa gravitacije i kvantnih efekata koji djeluju između gusto zbijenih čestica u njima.

 


Pridružite se raspravi u našoj Telegram grupi. KOZMOS Telegram

t.me/kozmoshr


Izvori:

Cofield, Calla. „What Are Pulsars?“. Space.com, 2016. https://www.space.com/32661-pulsars.html (8.9.2022).

„NICER Mission Overview“. NASA: Goddard Space Flight Center, 2020. https://heasarc.gsfc.nasa.gov/docs/nicer/nicer_about.html (8.9.2022.).

Scoles, Sarah. „Getting to Know Pulsars, the Lighthouses of the Cosmos“. Discover Magazine, 2019. https://www.discovermagazine.com/technology/getting-to-know-pulsars-the-lighthouses-of-the-cosmos (8.9.2022.).

 

Zaljubljenik u astronomiju od malih nogu. Diplomirani anglist. U slobodno vrijeme vjerojatno s frendovima u obližnjem kafiću. U paralelnom svemiru sam nešto od sljedećeg: pomorac, fizičar, astronaut, pisac, željezničar.