1. Scroll
  2. /
  3. Poradniki
  4. /
  5. Pulsary, czyli gwiazdy neutronowe – czym są? Co dało ludziom obserwowanie pulsarów?

Poradniki

2 tygodnie temu

Pulsary, czyli gwiazdy neutronowe – czym są? Co dało ludziom obserwowanie pulsarów?

Nauka
4
0
0
4
0

Pulsary to rodzaje gwiazd, których wyjątkowe właściwości niejednokrotnie zadziwiały astronomów. Czym jest pulsar, co ma z nim wspólnego gwiazda neutronowa i białym karłem? A czym się od nich różni? Odpowiadamy na wszystkie pytania!

Pulsary – co to jest?

Zrozumienie istoty tego, czym są pulsary, wymaga odwołania się do wiedzy o ewolucji gwiazd. Powstają one z mgławic molekularnych będących stopniowo zagęszczającą się mieszanką gazów i pyłów. Po miliardach lat gwieździe zaczyna brakować lżejszych pierwiastków, takich jak hel i wodór, potrzebnych do reakcji jądrowych. Syntetyzując coraz cięższe pierwiastki (na koniec żelazo), gwiazda umiera, stając się białym karłem, gwiazdą neutronową lub czarną dziurą.

Pulsar
Pulsar – wizja artysty

To, czym po ustaniu syntezy jądrowej stanie się gwiazda, zależy od jej wielkości. Te o masie 8-10 Słońc w wyniku eksplozji, znanej jako supernowa, odrzucają zewnętrzne warstwy, a jądro zapada się gwałtownie pod wpływem własnego ciężaru, zbijając ze sobą protony i elektrony. Jako cząstki elementarne o przeciwnych ładunkach tworzą one cząstki obojętne – neutrony. W ten sposób powstaje obiekt o niewielkim rozmiarze (10-20 km średnicy) i niezwykłej gęstości – gwiazda neutronowa. By wyobrazić sobie jej gęstość, wyobraźmy sobie, że naparstek jej materii ważyłby na Ziemi miliardy ton.

Większość z poznanych gwiazd neutronowych to pulsary. Obiekt taki charakteryzuje się bardzo szybkim obrotem wokół własnej osi, który w zależności od pulsara może wynosić od milisekund do kilku sekund. Mają one bardzo silne pole magnetyczne emitujące strumienie cząstek wzdłuż biegunów magnetycznych. Wytwarzają silne wiązki promieniowania radiowego i świetlnego. Istnieją również pulsary, które nie są gwiazdami neutronowymi a białymi karłami.

W przypadku wielu pulsarów oś obrotu nie jest wyrównana z biegunami pola magnetycznego. W rezultacie powstaje zjawisko przypominające krążące dookoła światło latarni morskiej. W obu przypadkach wiązka światła jest emitowana nieprzerwanie. Obrót wokół osi sprawia jednak, że obserwator widzi je tylko wtedy, gdy jest ona skierowana w jego stronę. Regularny obrót wywołuje wrażenie pulsowania światła, z tego względu te ciała niebieskie nazwano pulsarami.

Sprawdź: Astronauta, kosmonauta i tajkonauta. Ile zarabia, jak nim zostać, jakie są plusy i minusy kosmicznych podróży?

Aktywność pulsara spada z biegiem czasu. Po około 10 mln lat staje się zwykłą gwiazdą neutronową. O ich istnieniu wiemy od ponad pół wieku. Pierwszy pulsar o nazwie PSR B1919+21 znaleźli w 1967 roku Antony Hewish i Jocelyn Bell Burnell. Znajduje się on w konstelacji Liska, około 2,2 mld lat świetlnych od Ziemi. Powstał 16 mln lat temu.

Pulsar a gwiazda neutronowa – czy są tym samym?

Niektóre gwiazdy neutronowe nie posiadają wystarczająco silnego pola magnetycznego, aby emitować dostatecznie silną wiązkę światła. Ich obrót wokół własnej osi jest też zdecydowanie wolniejszy. Takiej gwiazdy nie nazywamy pulsarami.

Pulsary, kwazary i magnetary – rodzaje gwiazd

Pulsary i magnetary są podobnym typem gwiazd neutronowych. Tak jak pulsary emitują promieniowanie świetlne i fale radiowe, tak magnetary wytwarzają promieniowanie rentgenowskie i gamma. Cechą charakterystyczną magnetarów jest potężne pole magnetyczne. Nawet w zwykłej gwieździe neutronowej jest ono miliardy razy mocniejsze niż ziemskie. Pole magnetara jest jeszcze tysiąc razy silniejsze niż innych gwiazd neutronowych. Niektóre obiekty wykazują cechy obu typów tych ciał niebieskich. Innymi słowy, istnieją magnetary będące jednocześnie pulsarami.

Schemat pulsara
Schemat pulsara (kula w środku) – białe linie to linie pola magnetycznego, zaś dwa błekitne stożki to wiązki emisyjne / Źródło: wikipedia.org

W przeciwieństwie do pulsarów rozbłyski promieni gamma i X nie są zjawiskiem ciągłym. Magnetar przez dłuższy czas pozostaje nieaktywny. W tym czasie narastają w jego wnętrzu naprężenia wywołane przez pole magnetyczne. Gdy przekroczą one krytyczną wartość, skorupa magnetara pęka. Powstaje wówczas impuls elektryczny, który zwiększa temperaturę jego powierzchni. W procesie schładzania się magnetar zaczyna emitować regularne impulsy gamma i rentgenowskie. Zjawisko to może trwać od kilku sekund, do kilku minut, po czym zanika.

Po każdej takiej emisji magnetar obraca się coraz wolniej. Z czasem słabnie również jego pole magnetyczne, wytwarzając coraz mniej energii. Emisja impulsów staje się coraz rzadsza, by z czasem ustać. Po około 10 tys. lat magnetar staje się zwykłą gwiazdą neutronową.

Tak krótki, w skali kosmicznej, cykl istnienia jest przyczyną naszej niewielkiej wiedzy o nich. Wiele magnetarów po prostu przestało już nimi być. Dotychczas znaleziono zaledwie kilkanaście potencjalnych obiektów tego typu. Co więcej, zaledwie w przypadku czterech dowiedziono niezbicie, że są magnetarami. Pierwszym z nich był SRG 0526-66, który został odkryty w 1979 roku.

Pozornie podobnym rodzajem obiektów są kwazary. Tak jak gwiazdy neutronowe emitują one fale elektromagnetyczne, to jednak dwa różne typy ciał niebieskich. Badania prowadzone przez naukowców takich jak Maarten Schmidt dowiodły, że kwazary to aktywne jądra galaktyk. W ich przypadku promieniowanie powstaje w wyniku szybkiego obrotu materii tworzącej dysk akrecyjny otaczający czarną dziurę.

Może Cię zainteresować: Co to jest zaćmienie Księżyca? Na czym polega i kiedy będzie następne?

Pulsary widoczne z Ziemi – czy zobaczysz je bez teleskopu?

Pierwsza, jeszcze nieświadoma obserwacja pulsara miała miejsce w 1731 roku, gdy John Bevis odkrył Mgławicę Kraba. Znajduje się ona w gwiazdozbiorze Byka 6,3 tys. lat świetlnych od Ziemi.

Mgławica Kraba jest pozostałością po eksplozji gwiazdy. Wybuch został dobrze udokumentowany przez kronikarzy z całego świata. Dzięki temu znamy jego dokładną datę – rok 1054. Zewnętrzne warstwy mgławicy uformowały stale powiększającą się strukturę. Jej obecny rozmiar to 11 lat świetlnych. W każdej sekundzie powiększa się jednak o kolejne 1500 km. W centrum Mgławicy Kraba znajduje się pulsar – pozostałość po wybuchu supernowej.

Mgławicę Kraba może zaobserwować każdy, a teleskop nie będzie potrzebny. Wystarczy lornetka klasy 70-80 mm. Przy dobrych warunkach pogodowych dobra będzie nawet słabsza lornetka klasy 50-60 mm. Przy pomocy lornetki można odszukać też inne pulsary. W gwiazdozbiorze Panny, 980 lat świetlnych od Ziemi, znajduje się Lich, obiekt obracający się wokół własnej osi 160 razy na sekundę. W konstelacji Ryby Latającej znajduje się HD 74423, rzadki okaz pulsara emitującego cząstki tylko z jednego bieguna magnetycznego.

Pulsar PSR 1257+12
Artystyczna wizja pulsara milisekundowego PSR 1257+12, znanego także jako Lich. Jest to pierwszy odkryty pulsar, wokół którego krążą planety. Pulsar ten obraca się wokół własnej osi 160 razy w ciągu jednej sekundy / Źródło: wikipedia.org

Dlaczego pulsar to najlepszy zegar?

Gdy w 1967 roku znaleziono pierwszy pulsar, badaczy zadziwiła niewiarygodna regularność wysyłanych impulsów. Początkowo rozważali, czy możliwe jest, by tak precyzyjne sygnały mogły być emitowane przez naturalny obiekt, czy raczej jest to dzieło obcej cywilizacji. Jego dokładność jest stukrotnie większa niż zegara atomowego.

Warto odnotować fakt, że pierwszy zegar pulsarowy na Ziemi zbudowali Polacy. Znajduje się on na dachu kościoła św. Katarzyny w Gdańsku. Składa się z szesnastu anten odbierających sygnały z sześciu pulsarów. Jego budowa trwała dwa lata. Zegar pulsarowy powstał w 2011 roku na 400-lecie urodzin Jana Heweliusza.

Pulsary to bardzo interesujące byty w przestrzeni kosmicznej – ekstremalne zjawiska jakie je cechują są dobrym powodem by przyglądać im się uważniej. Mamy nadzieję, że przyszłość przyniesie więcej rewelacji związanych z tymi jakże ciekawymi obiektami.

4
0

Podziel się:

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany.