Melnās atraitnes un sarkanmugures
Publicēts: 21.02.2014
Melnās atraitnes un to māsīcas no Austrālijas, sarkanmuguras zirneklienes, ir slavenas ar neparasto mīlestības izrādīšanas veidu, nogalinot un apēdot tēviņu. Līdzīgu uzvedību astronomi ir novērojuši arī Visumā, pētot reti sastopamas dubultzvaigžņu sistēmas, kurās viens no komponentiem ir ātri rotējoša neitronu zvaigzne jeb pulsārs.
"Melno atraitņu un sarkanmuguras dubultzvaigžņu sistēmās ļoti tuvu milisekundes pulsāram atrodas normāla, nelielas masas zvaigzne, kurai tas nozīmē katastrofālas sekas," skaidroja Rodžers Romani no Kavli vārdā nosauktā Daļiņu astrofizikas un kosmoloģijas institūta, piebilstot, ka melno atraitņu sistēmās normālās zvaigznes ir mazākas gan izmēru, gan masas ziņā, ja salīdzina ar sarkanmuguru sistēmām.
Līdz šim astronomiem Piena Ceļa galaktikā ir izdevies atklāt 18 melnās atraitnes un 9 sarkanmugures.
Viena no šādām melnās atraitnes sistēmām, kas pazīstama kā PSR J1311-3430, tika atklāta 2012. gadā. Tajā atrodas viena no līdz šim smagākajām zināmajām neitronu zvaigznēm, ap kuru ļoti ciešā orbītā riņķo ļoti neliela zvaigzne, kura ir tikai 12 - 17 reizes masīvāka par Jupiteru. Zvaigznes diametrs ir aptuveni 60% no Jupitera diametra. Viena orbīta ap pulsāru tiek paveikta 93 minūtēs. Pulsāra masa ir aptuveni divas reizes lielāka par Saules masu.
Kad masīva zvaigzne uzsprāgst kā pārnova, atlikušā kodola daļa, kuras masa ir lielāka nekā Saules masa, tiek saspiesta līdz izmēram, kas nav lielāks par pusi no Rīgas. Jaunībā izolēta neitronu zvaigzne rotē ap savu asi ar ātrumu vairāki desmiti reižu sekundē. Tā rada radioviļņu, redzamās gaismas, rentgenstaru un gamma staru kūļus, kurus astronomi novēro kā zvaigznes pulsāciju, kad stars šķērso mūsu redzeslauku. Neitronu zvaigznei raksturīgs arī ļoti spēcīgs vējš jeb augstas enerģijas daļiņu plūsma. Šo procesu enerģijas avots slēpjas neitronu zvaigznes ātri rotējošajā magnētiskajā laukā. Laika gaitā šādi vientuļi pulsāri norimst.
Pirms 32 gadiem astronomi atklāja jaunu, ļoti ātru pulsāru tipu. To rotācijas periods ir 10 milisekundes vai pat vēl īsāks. Šīs neitronu zvaigznes griežas neiedomājami ātri, vienā minūtē veicot līdz pat 43 000 apgriezienu ap savu asi. Mūsdienās ir zināmi vairāk nekā 300 šādi milisekunžu pulsāri. Vairāk nekā puse no šiem pulsāriem atrodas sistēmā kopā ar otru zvaigzni. Tiek uzskatīts, ka vecāks un lēnāks pulsārs "atgūst jaunības sparu", mijiedarbojoties ar normālo zvaigzni. Iespējams, ka vientuļie milisekunžu pulsāri ir vienkārši aprijuši savu kompanjonu.
"Pulsāra augstas enerģijas starojums un vējš uzkarsē un nopūš normālās zvaigznes ārējos slāņus. Miljons vai pat miljards gadu laikā tas var apēst visu zvaigzni," pastāstīja astrofiziķe Alise Hārdinga no NASA Godārda Kosmisko lidojumu centra. "Šīs sistēmas var pilnībā aprīt kompanjonu. Mēs domājam, ka tā veidojas vientuļie milisekunžu pulsāri."
Līdz šim izcilākais milisekunžu pulsāru mednieks ir NASA Fermi gamma staru teleskops, kura kontā ir vairāk nekā 40 šādi objekti. Fermi plaša lauka teleskopā (LAT) pulsāri ir viegli pamanāmi gamma staru avoti, bet analizēt to pulsāciju Fermi datos ir ļoti grūti, ja nekas vairāk nav zināms par šo sistēmu. Tādēļ parasti novērojumi tiek turpināti, izmantojot radioteleskopus, kuri ātri vien noķer pulsācijas ritmu, apstiprinot, ka šis objekts patiesi ir pulsārs.
"Praktiski visas melnās atraitnes un sarkanmugures mūsu galaktikā ir atklājis Fermi, no kurām vairāk nekā puse ir atklātas, papildinot Fermi ar radioteleskopu novērojumiem," paskaidroja Melorijs Robertss, kurš ir piedalījies vairākos šādos pētījumos.
Pulsārs izstaro ļoti spēcīgu starojumu, jo to ātrā rotācija un spēcīgie magnētiskie lauki paātrina daļiņas, piešķirot tām milzīgu enerģiju. Milisekunžu pulsāru dubultzvaigžņu sistēmas astronomiem ļauj palūkoties, kā pulsāra enerģija mijiedarbojas ar otru zvaigzni.
Kad Romani sāka pētīt PSR J1311-3430, viņš vispirms to nofotografēja redzamajā gaismā. Attēlos bija redzama blāva zvaigznīte, kas reizi pusotrā stundā mainīja krāsu no intensīvi zilas līdz tumši sarkanai. Romani secināja, ka zvaigzne riņķo ap kompanjonu, kas to regulāri uzkarsē. Viņš pieņēma, ka otrs objekts ir pulsārs. Tā bija jaunatklāta melnās atraitnes sistēma.
Mērījumi liecināja, ka zvaigznes virsma, kas vērsta pret pulsāru, tiek uzkarsēta līdz vairāk nekā 12 000 grādiem pēc Celsija, kas ir aptuveni divas reizes vairāk nekā Saules virsmas temperatūra. Otrā puse ataino patieso zvaigznes temperatūru, kas ir aptuveni 2700 grādi pēc Celsija.
Analizējot Grīnbenksas teleskopa arhīva datus, neizdevās atrast šī objekta radiopulsācijas signālu. Holdžera Pletša vadītā komanda apstrādāja Fermi LAT kameras četrus gadus vākto arhīvu, meklējot šī pulsāra rotācijas signālu gamma staru diapazonā. Romani iegūtā informācija par sistēmas parametriem, būtiski atviegloja meklēšanu. Drīz vien Pletša komanda atrada meklēto.
"Šī bija pirmā reize, kad milisekunžu pulsārs ir ticis atklāts, izmantojot tikai gamma staru diapazonu," teica Pletšs. "Mūsu komandai tas bija liels prieks un gandarījums ieraudzīt šo signālu, kā arī tas ir vēl viens Fermi triumfs."
PSR J1311-3430 vienā sekundē ap savu asi veic 390 apgriezienus, kas ir vairāk nekā 23 000 rotāciju minūtes laikā.
Pēc šī atklājuma pret pulsāru vēlreiz tika pavērsts Grīnbenksas radioteleskops. Pulsāciju radioviļņu diapazonā izdevās atklāt, bet tā bija īsa un ar neregulāriem intervāliem.
"Pulsāra karsēšana noloba kompanjona ārējos slāņus, burtiski tos aizpūšot. Jonizēta gāze piepilda sistēmu un lielākoties izkliedē vai absorbē radioviļņus," skaidroja Pols Rejs no ASV Jūras spēku izpētes laboratorijas, paskaidrojot, ka augstas enerģijas gamma starojums viegli tiek cauri šim traucēklim.
Melno atraitņu un sarkanmuguru sistēmas ir unikālas laboratorijas, kurās iespējams detalizēti pētīt pulsārus, analizējot to ietekmi uz kompanjonu, kuru deformē neitronu zvaigznes gravitācija, aidzedzina gamma starojums, bombardē daļiņas un galu galā seko pilnīga iznīcība.
NASA
