Záhada vysoké energie rotujících hvězd

12.05.2013 07:36

Velmi často podléháme dojmu, že o tom vyzařujícím vesmíru víme už skoro všechno. Detailnější pozorování nás ale stále dokážou překvapit, zvlášť pokud pozorujeme na vlnových délkách, které jsou nám přístupné až v posledních desetiletích, jak je tomu třeba v případě ultra vysokoenergetického pozorování Čerenkovskými dalekohledy.

Ačkoliv naše atmosféra rentgenové a gama záření blokuje, přece jen můžeme gama záření pozorovat ze Země pozemními dalekohledy. Jsou to speciální Čerenkovské dalekohledy, které využívají toho, že atmosféra je médiem pro vysokoenergetické fotony záření gama.

Ve chvíli, kdy takový foton vletí do atmosféry, kaskádovitě generuje relativisticky se pohybující nabité částice – částicové spršky, které jsou pozorovatelné jako záblesky tzv. Čerenkovského záření. Ty vznikají ve výšce 10-20 kilometrů nad zemským povrchem. Záblesk samotný trvá řádově nanosekundy, ale zvládne ‘ozářit’ plochu stovek čtverečních metrů. Právě z toho důvodu mají Čerenkovské dalekohledy velkou sběrnou plochu. Z příchozích zachycených částic je pak reprodukován obraz objektu vysílajícího vysokoenergetické záření, stejně jako informace o něm.

MAGICký pohled

Mezi takové dalekohledy patří například MAGIC I a II (Major Atmospheric Gamma-ray Imaging Telescope – Hlavní atmosférický dalekohled pro zobrazení gama záření) na ostrově La Palma, patřícímu souostroví Kanárských ostrovů. Každý z těchto dalekohledů ma úctyhodnou sběrnou plochu o průměru 17 metrů.

Výhodou těchto dalekohledů je schopnost zachytit vlnové délky, které neumí zachytit družice konstruované pro detekci gama záření. Jsou pro ně jednoduše příliš krátké. Pro srovnání, družice Fermi má horní limit detekce gama záření 300 GeV (potřebovali byste energii zhruba miliardy fotonů o 300 GeV, abyste rozsvítili stowattovou žárovku na jednu sekundu), kdežto detektory MAGICu hravě zvládnou i 400 GeV.

V hledáčku pulzar 

Dalekohledy MAGIC se zaměřily na jeden z nejznámějších pulzarů na obloze (pulzary jsou rotující neutronové hvězdy, které vyzařují elektromagnetické záření; pozn. red.). Sídlí v Krabí mlhovině v souhvězdí Býka. Vznikl při výbuchu první dokumentované supernovy v roce 1054 n. l. Byla tak jasná, že byla viditelná pouhým okem na denní obloze a byla dokumentována čínskými astronomy (populární historka praví, že za neschopnost předpovědět tento jev nechal čínský císař setnout hlavu svému vrchnímu astronomovi).

V srdci Krabí mlhoviny sídlí velmi malý kompaktní objekt – neutronová hvězda, která velmi rychle rotuje. Konkrétní neutronová hvězda má průměr okolo 20 kilometrů a hmotnost okolo 1,4 hmotností Slunce.

Velmi rychlá rotace spolu s velmi silným magnetickým polem asi 100 milionů tesla (ledničkový magnet má magnetické pole zhruba 5 militesla) způsobuje fokusování vyzařovaných částic do paprsku vycházejícího ze severního a jižního pólů. Ten se chová jako jakýsi maják a vysílá k nám pulzy ve velmi krátkých intervalech, 30x za sekundu.

Při pozorování pulzaru v Krabí mlhovině vědci zjistili, že vysílá i energie vyšší než 25 GeV. Částice s tak vysokou energií mohou vznikat až 60 kilometrů nad povrchem pulzaru, neboť níž jsou stíněny silným magnetickým polem. Tento fakt nalomil dřívější teorie o mechanismu vyzařování pulzarů, který počítal s tím, že proud částic vzniká těsně u povrchu pulzaru.

Nečekaná energie

Novější pozorování ve spolupráci projektů MAGIC a VERITAS (americké Čerenkovské dalekohledy) pozoroval dokonce energie mezi 100 a 400 GeV. Pozorování tak energetických částic je zcela v nesouladu s původním modelem pulzarů. Vypadá to, že do emisního modelu se musí zahrnout kaskádové procesy produkující sekundární vysokoenergetické částice, které jsou schopné uniknout z magnetosféry pulzaru. Konkurenční teorie zase navrhuje, že se jedná o tzv. pulzarový vítr, který urychluje částice, které pak ‘pohánějí’ mlhovinu.

Rozhodně nezaznělo o poslední slovo. V současné době probíhá pozorování pulzaru v Krabí mlhovině nejen dalekohledy MAGIC, ale i družicí Fermi. Pozorování by měla umožnit jasnější přehled toho, jak mlhovina vyzařuje na různých energiích, z čehož jde modelováním odhadnout mechanismus zodpovědný za tvorbu nečekaně vysokých energií.

 

Zdroj: http://www.national-geographic.cz