Pulsar w mgławicy Krab. Widoczny wyraźnie silny wpływ jaki jego
pole magnetyczne
wywiera na otaczającą materię. Obraz jest kompozycją obserwacji w
promieniowaniu X
wykonanych przez obserwatorium Chandra oraz obrazu optycznego pochodzącego z kosmicznego
teleskopu Hubble'a
. Foto NASA/STScI Pulsar jest rodzajem
gwiazdy neutronowej
wyróżniającym się tym, że wysyła w regularnych, niewielkich odstępach czasu impulsy
promieniowania elektromagnetycznego
(najczęściej
promieniowanie radiowe
).
Gwałtowne zapadnięcie się jądra gwiazdy musi prowadzić do znacznego wzrostu natężenia
pola magnetycznego
, ze względu na konieczność zachowania
strumienia magnetycznego
podczas powstawania pulsara. Dodatkowo znacznie zwiększa się tempo rotacji gwiazdy, zgodnie z
zasadą zachowania momentu pędu
. Zakładając, że w chwili
wybuchu
gwiazda supernowa ma przeciętne pole magnetyczne i przeciętną prędkość obrotu, możemy oczekiwać, że wyłaniająca się z
eksplozji
gwiazda neutronowa będzie miała pole magnetyczne rzędu 108
T
(1012
Gs
) i okres obrotu rzędu jednej setnej sekundy.
Szybki obrót silnego, prawdopodobnie
dipolowego
, pola magnetycznego powoduje powstanie wokół
gwiazdy neutronowej
intensywnego pola magnetycznego i
magnetosfery
. Ze względu na szybki obrót gwiazdy, stosunkowo niedaleko od jej powierzchni istnieje obszar, ograniczający tzw. "cylinder światła", w którym
liniowa prędkość
linii pola magnetycznego wirującego razem z gwiazdą osiąga
prędkość światła
, co przy okresie obrotu rzędu 0,01
sekundy
jest możliwe już w odległości około 500 kilometrów od skorupy. Linie pola nie mogą zmieniać swego położenia z prędkością większą od
prędkości światła
, co oznacza, że nie mogą rozciągać się na odległość większą niż promień cylindra, ulegając ściśnięciu na granicy tego obszaru.
Cząstki poruszające się wewnątrz magnetosfery są przyspieszane do prędkości relatywistycznych i wysyłają
promieniowanie
wewnątrz wąskiego stożka wzdłuż kierunku linii. Energia ta może być wypromieniowywana w całym zakresie widmowym - od
promieniowania gamma
do
promieniowania radiowego
. Model taki, nazywany modelem "
latarni morskiej
", jest powszechnie przyjętym opisem mechanizmu emisji promieniowania elektromagnetycznego pulsarów.
W modelu tym w pobliżu powierzchni gwiazdy jest jedna lub dwie bardzo gorące plamy wysyłające promieniowanie elektromagnetyczne. Gdy chwilowo kierunek linii przecinających plamę pokrywa się z kierunkiem ku obserwatorowi, może być obserwowany błysk promieniowania - podobnie do chwilowej widoczności reflektora latarni morskiej, gdy ten świeci w kierunku obserwatora.
Typy pulsarów
Pulsary są bardzo wydajnymi energetycznie źródłami promieniowania emitowanego w periodycznie powtarzających się impulsach.
Amplituda
oraz kształt
impulsów
zmieniają się znacznie z każdym następnym cyklem emisji, jak też w ciągu dłuższych okresów. Z tego względu impuls pulsara może być parametryzowany przez średnią wartość parametru, jeżeli ta jest stabilna w czasie. Ta uśredniona wielkość impulsu ulega czasem, co kilka tysięcy impulsów, radykalnej zmianie.
Ze względu na kształt uśrednionego impulsu, pulsary można podzielić na trzy klasy.
- Pulsary typu S mają prosty kształt impulsu o jednym wyraźnie wyróżnionym maksimum. Są to najczęściej pulsary o okresie mniejszym niż 1 s.
- Pulsary typu C mają złożony kształt impulsu o dwóch lub więcej maksimach o porównywalnym natężeniu.
- Pulsary typu D mają przesuwające się podimpulsy, o mniejszym natężeniu. Zachowują one kształt i relacje czasowe podczas przesuwania się względem średniego impulsu tak, że z każdym kolejnym impulsem pojawiają się one wcześniej.
Analizując zależność impulsów od częstości stwierdzono, że impulsy ulegają
dyspersji
i wraz ze wzrostem częstości docierają do odbiorcy coraz później. Oprócz tego, następuje rozmywanie impulsów i powyżej częstości 36 MHz nie można ich już rozróżnić od siebie. Następuje również zmiana natężenia impulsów wraz ze zmianą częstości.
Dla kilku pulsarów udało się wyznaczyć
widma
emitowanego promieniowania, które są jednak różne. U wszystkich przy częstościach większych od 100
MHz
następuje gwałtowne zmniejszenie mocy sygnału. O natężeniu pola magnetycznego, a zatem i mechanizmie promieniowania, można wnioskować na podstawie pomiarów
polaryzacji
sygnałów
, które wykazały, że promieniowanie pulsarów typu D jest słabo spolaryzowane, podczas gdy impulsy pulsarów typu S mogą być zarówno słabo jak i silnie spolaryzowane. Polaryzacja impulsów pulsarów typu S i C nie ulega zmianie w czasie trwania impulsu. Dla pulsarów typu D płaszczyzna polaryzacji ulega ciągłym zmianom w trakcie poszczególnych impulsów. Poszczególne impulsy pulsarów wszystkich typów są również częściowo spolaryzowane kołowo. Przypuszczano początkowo, że polaryzacja zmienia się przypadkowo podczas kolejnych impulsów. Średnia wartość polaryzacji kołowej dla większości pulsarów nie znika jednak i czasem sięga nawet 30%. Mimo, że polaryzacja liniowa jak i kołowa nie zależą od częstości, zależy od tej wielkość skręcenia płaszczyzny polaryzacji emitowanego promieniowania. Własności polaryzacyjne impulsów nie pozwalają jednoznacznie określić mechanizmu promieniowania.
W 2008 odkryto pierwszy pulsar wysyłający jedynie
promieniowanie gamma
-
CTA 1
. Obecnie (maj 2009) znamy niemal 1900 pulsarów, a pierwszy odkryto w 1967 roku. O regularnie powtarzającym się sygnale przypuszczano, że jest sztucznego pochodzenia.
Planety wokół pulsarów
Regularność błysków pulsarów ma swoje źródło w regularności okresu obrotowego gwiazdy neutronowej. Dzięki swojej olbrzymiej masie (rzędu
masy Słońca
) okres obrotowy gwiazd neutronowych dorównuje stabilnością
zegarom atomowym
. Tak wielka stabilność okresu obrotowego miała kluczowe znaczenie dla odkrycia
planet pozaukładowych
, w tym pierwszych odkrytych przez
Aleksandra Wolszczana
wokół pulsara
PSR 1257+12
w gwiazdozbiorze
Panny
.
Zobacz też