Naukowcy korzystający z obserwatorium HESS w Namibii wykryli promienie gamma o największej energii w historii pochodzące z martwej gwiazdy zwanej pulsarem. Energia tych promieni gamma osiągnęła wartość 20 teraelektronowoltów, czyli około dziesięć bilionów razy więcej niż energia światła widzialnego. Obserwację tę trudno pogodzić z teorią wytwarzania takich pulsacyjnych promieni gamma, jak podaje międzynarodowy zespół w czasopiśmie Nature Astronomy.
Pulsary to pozostałości po gwiazdach, które spektakularnie eksplodowały w postaci supernowej. Eksplozje pozostawiają po sobie maleńką, martwą gwiazdę o średnicy zaledwie około 20 kilometrów, obracającą się niezwykle szybko i obdarzoną ogromnym polem magnetycznym. „Te martwe gwiazdy składają się prawie w całości z neutronów i są niezwykle gęste: łyżeczka ich materiału ma masę ponad pięciu miliardów ton, czyli około 900 razy większą niż Wielka Piramida w Gizie” – wyjaśnia naukowiec z HESS, Emma de Oña Wilhelmi, współautorka publikacji pracująca w DESY.
Pulsary emitują wirujące wiązki promieniowania elektromagnetycznego, przypominające kosmiczne latarnie morskie. Jeśli ich wiązka omiata nasz Układ Słoneczny, widzimy błyski promieniowania w regularnych odstępach czasu. Błyski te, zwane także impulsami promieniowania, można wyszukiwać w różnych pasmach energetycznych widma elektromagnetycznego. Naukowcy uważają, że źródłem tego promieniowania są szybkie elektrony wytwarzane i przyspieszane w magnetosferze pulsara podczas podróży w kierunku jego obrzeży. Magnetosfera składa się z plazmy i pól elektromagnetycznych, które otaczają gwiazdę i współrotują z nią. „W swojej podróży na zewnątrz elektrony zdobywają energię i uwalniają ją w postaci obserwowanych wiązek promieniowania” – mówi Bronek Rudak z Centrum Astronomicznego Mikołaja Kopernika (CAMK PAN), także współautor.
Pulsar Vela, znajdujący się na południowym niebie w gwiazdozbiorze Vela (żagiel statku), jest najjaśniejszym pulsarem w paśmie radiowym widma elektromagnetycznego i najjaśniejszym trwałym źródłem kosmicznych promieni gamma w zakresie gigaelektronowoltów (GeV) . Obraca się około jedenastu razy na sekundę. Jednak powyżej kilku GeV jego promieniowanie kończy się nagle, prawdopodobnie dlatego, że elektrony docierają do końca magnetosfery pulsara i uciekają z niego.
Ale to nie koniec historii: dzięki głębokim obserwacjom za pomocą HESS odkryto nowy składnik promieniowania o jeszcze wyższych energiach, o energiach sięgających dziesiątek teraelektronowoltów (TeV). „To około 200 razy więcej energii niż całe promieniowanie, jakie kiedykolwiek wykryto wcześniej z tego obiektu” – mówi współautor Christo Venter z North-West University w Republice Południowej Afryki. Ten składnik o bardzo wysokiej energii pojawia się w tych samych odstępach fazowych, co obserwowany w zakresie GeV. Jednakże, aby osiągnąć te energie, elektrony będą musiały przebyć jeszcze większą odległość niż magnetosfera, jednak wzór emisji rotacyjnej musi pozostać nienaruszony.
„Wynik ten podważa naszą wcześniejszą wiedzę o pulsarach i wymaga ponownego przemyślenia sposobu działania tych naturalnych akceleratorów” – mówi Arache Djannati-Atai z laboratorium Astroparticle & Cosmology (APC) we Francji, który kierował badaniami. „Tradycyjny schemat, według którego cząstki są przyspieszane wzdłuż linii pola magnetycznego w obrębie magnetosfery lub nieco poza nią, nie może w wystarczającym stopniu wyjaśnić naszych obserwacji. Być może jesteśmy świadkami przyspieszania cząstek poprzez tzw. proces ponownego łączenia magnetycznego poza lekkim cylindrem, który w jakiś sposób wciąż zachowuje wzór rotacyjny? Jednak nawet w tym scenariuszu trudno jest wyjaśnić, w jaki sposób powstaje tak ekstremalne promieniowanie”.
Niezależnie od wyjaśnienia, obok innych superlatywów, pulsar Vela oficjalnie jest obecnie rekordzistą jako pulsar emitujący promienie gamma o najwyższej energii odkryte do tej pory. „To odkrycie otwiera nowe okno obserwacyjne do wykrywania innych pulsarów w zakresie dziesiątek teraelektronowoltów za pomocą obecnych i przyszłych, bardziej czułych teleskopów promieniowania gamma, torując tym samym drogę do lepszego zrozumienia procesów ekstremalnych przyspieszeń w silnie namagnesowanych obiektach astrofizycznych” – mówi. mówi Djannati-Atai.