W 1967 roku odkryto pierwszego pulsara, gwiazdę neutronową, która powoduje to przerywane zjawisko świetlne: czym jest, jakie jest jego pochodzenie i jak działa.
Pulsary to gwiazdy neutronowe, które emitują sygnały radiowe w krótkich, regularnych odstępach czasu. Skrótowe określenie pulsar pochodzi od pulsującego źródła radiowego, czyli gwiazdy pulsującej. Pierwszy pulsar został odkryty przypadkowo w 1967 roku, a jego przerywane sygnały były początkowo brane za sygnały radiowe od istot pozaziemskich! Jest to raczej zjawisko spowodowane niezwykle dużą prędkością rotacji gwiazdy pulsującej, która wytwarza promieniowanie w kierunku jej osi magnetycznej. Kiedy osie rotacji i magnetyczna nie zbiegają się, strumień promieniowania jest widoczny na Ziemi, podobnie jak silne światło latarni morskiej.
Mała latarnia morska widziana z Ziemi: tym właśnie są pulsary
Czym więc jest pulsar? Pulsary to bardzo gęste i zwarte gwiazdy, które są wielkości dużego miasta, ale zawierają więcej masy niż Słońce. Są to silnie namagnesowane sferyczne elementy wirujące, najczęściej gwiazdy neutronowe, ale także białe karły, które emitują promienie promieniowania elektromagnetycznego ze swoich biegunów magnetycznych.
Gwiazdy neutronowe mają krótkie i regularne okresy rotacji. W ten sposób uzyskuje się bardzo precyzyjne odstępy pomiędzy pulsami, od milisekund do sekund dla pojedynczego pulsara. Promieniowanie to można zaobserwować tylko wtedy, gdy wiązka emisji skierowana jest w stronę Ziemi. Jak powiedzieliśmy na początku, można to porównać do tego, jak latarnię morską można zobaczyć tylko wtedy, gdy jej światło jest skierowane w kierunku obserwatora.
Patrząc z Ziemi, pulsary wyglądają jak mrugające gwiazdy, stożki żółtego światła, które włączają się i wyłączają regularnie. W rzeczywistości dzieje się tak dlatego, że wiązka światła pulsara zwykle nie jest ustawiona w jednej linii z jego osią obrotu. Częstotliwość impulsów świetlnych ujawnia również, jak szybko pulsar się obraca.
W sumie wykryto ponad 2000 pulsarów. Większość z nich obraca się mniej więcej raz na sekundę (tzw. "wolne pulsary"), podczas gdy ponad 200 pulsarów obraca się setki razy na sekundę (tzw. "pulsary milisekundowe"). Najszybsze znane pulsary milisekundowe mogą obracać się ponad 700 razy na sekundę!
Jak powstają pulsary
Pulsar nie jest tak naprawdę gwiazdą, a przynajmniej nie jest "żywą" gwiazdą. Pulsar należy, jak już wcześniej wspomniano, do rodziny "gwiazd neutronowych", które powstają, gdy gwieździe masywniejszej od Słońca zabraknie paliwa w jej jądrze i zapadnie się w sobie. Ta gwiezdna śmierć zazwyczaj tworzy masywną eksplozję zwaną supernową. Gwiazda neutronowa jest gęstą bryłką materiału pozostałą po tej eksplozywnej śmierci.
Pulsary: niektóre cechy
Gwiazdy neutronowe mają zwykle od 12,4 do 14,9 mil (20 do 24 kilometrów) średnicy, ale mogą zawierać do dwóch razy więcej masy niż Słońce, które ma średnicę około 864 938 mil (1 392 milionów kilometrów). Kawałek materiału wielkości kostki cukru z gwiazdy neutronowej ważyłby około 1 miliarda ton (0,9 tony), "mniej więcej tyle samo co Mount Everest", według NASA.
Przyciąganie grawitacyjne na powierzchni gwiazdy neutronowej byłoby około 1 miliarda razy silniejsze niż przyciąganie grawitacyjne na powierzchni Ziemi. Jedynym obiektem o gęstości większej niż gwiazda neutronowa jest czarna dziura, która również powstaje, gdy umierająca gwiazda zapada się.
Najmasywniejsza gwiazda neutronowa, jaką kiedykolwiek zmierzono, ma masę 2,04 razy większą od masy Słońca. Według Feryala Özela, profesora astronomii i astrofizyki na Uniwersytecie Stanowym Arizony, który specjalizuje się w obiektach zwartych i ekstremalnych stanach materii we wszechświecie, naukowcy nie wiedzą dokładnie, jak masywne mogą być gwiazdy neutronowe, zanim staną się czarnymi dziurami.
Özel zwrócił również uwagę na fakt, że wiązka fal radiowych emitowanych przez pulsara może nie przejść przez pole widzenia ziemskiego teleskopu, uniemożliwiając astronomom jej dostrzeżenie. Dlaczego pulsary mają ruch falowy? Pulsary obracają się, ponieważ gwiazdy, z których powstały, również się obracają, a zapadanie się materii gwiezdnej prowadzi do zwiększenia prędkości obrotowej pulsara.
Pulsar absorbuje materię i pęd z innych ciał niebieskich, stopniowo zwiększając swoją prędkość obrotową. W praktyce, pulsar może połknąć gwiazdę w całości i wyssać z niej życie! Pulsary fascynują społeczność naukową od lat i są badane do dziś. Są wykorzystywane przez naukowców w celu uzyskania informacji na temat fizyki gwiazd neutronowych, które są najgęstszą materią we wszechświecie (z wyjątkiem materii czarnych dziur), ale są również badane w poszukiwaniu planet poza Układem Słonecznym Ziemi i do pomiaru odległości kosmicznych. Pulsary mogą również pomóc naukowcom w analizie fal grawitacyjnych, które mogą wskazać drogę do energetycznych zdarzeń kosmicznych, takich jak zderzenia supermasywnych czarnych dziur.