Kosmiczny zegar wariuje. Fizycy nie potrafią tego pojąć
Pulsary są kosmicznymi zegarami - ten jeden tyka w sposób, którego teoria nie umie dobrze wyjaśnić.
Pulsary milisekundowe uchodzą za jedne z najdokładniejszych zegarów we Wszechświecie. Właśnie dlatego odkrycie PSR J0435+3233 jest tak niewiarygodne. Ten obiekt zachowuje się tak, jakby ktoś majstrował w jego ustawieniach. Nowa praca w Nature Astronomy opisuje pulsar o wyjątkowo dużym tempie wyhamowywania obrotu – około 100 razy większym niż u innych znanych pulsarów milisekundowych. To nie jest drobna anomalia, tylko wynik, który uderza w klasyczne modele recyklingu tych obiektów.
Co tak właściwie wariuje w tym kosmicznym zegarze?
Pulsar to wirująca gwiazda neutronowa wysyłająca regularne impulsy promieniowania, dlatego astronomowie traktują takie obiekty jak kosmiczne zegary. W przypadku pulsarów milisekundowych ta regularność jest szczególnie imponująca – właśnie dlatego wykorzystuje się je nawet w eksperymentach związanych z falami grawitacyjnymi i precyzyjnym odmierzaniem czasu.
Problem z PSR J0435+3233 nie polega na tym, że bije nieregularnie, tylko że zwalnia w tempie kompletnie niepasującym do swojej klasy. Autorzy pracy podają tempo wydłużania okresu obrotu, na poziomie 4.8775101(2) × 10−17 s/s. To około 2 rzędy wielkości więcej niż u innych znanych pulsarów milisekundowych, przez co obiekt trafia w zupełnie nietypowe miejsce na wykresie P-Ṗ, czyli diagramie zestawiającym okres obrotu z tempem jego zmian.
To bardzo kłopotliwe
Klasyczny scenariusz mówi, że pulsar milisekundowy to stara gwiazda neutronowa podkręcona przez materię spływającą z towarzysza w układzie podwójnym. Taki proces nazywa się recyklingiem: obiekt dostaje dodatkowy moment pędu, zaczyna obracać się bardzo szybko i zwykle kończy jako pulsar o małym tempie dalszego hamowania. Właśnie dlatego pulsary milisekundowe są zwykle szybkie, ale jednocześnie bardzo stabilne w sensie ewolucji obrotu.
PSR J0435+3233 wygląda jak obiekt, który został rozpędzony do milisekundowych okresów, ale z jakiegoś powodu wciąż wyhamowuje znacznie mocniej, niż powinien. Autorzy piszą wprost, że odkrycie sugeruje drogę powstania inną niż klasyczna ścieżka ewolucyjna i nakłada bardzo silne ograniczenia na teorie spin-up, czyli modele opisujące, jak takie gwiazdy są rozkręcane przez akrecję.
Z dodatkowych materiałów FAST wynika natomiast, że to pulsar milisekundowy o okresie około 3.20 ms, odkryty w przeglądzie CRAFTS, a zespół już wcześniej opisywał go jako obiekt znajdujący się wysoko ponad maksymalną linią graniczną. Pojawia się też sugestia, że zauważalny szum w danych czasowych może mieć związek z bardziej złożoną architekturą układu, być może nawet z obecnością drugiego towarzysza. To jeszcze nie jest główny wniosek nowej pracy, ale dobrze pokazuje, jak nietypowy jest ten pulsar już na poziomie obserwacji.
Skąd mógł się wziąć taki dziwoląg?
Autorzy podają dwa główne scenariusze. Pierwszy zakłada, że przodkiem tego obiektu była gwiazda neutronowa, która przechodziła fazę akrecji ponad-Eddingtonowskiej. To szczególny przypadek akrecji, w którym tempo spadania materii przekracza klasyczny limit Eddingtona, czyli granicę, przy której ciśnienie promieniowania powinno już skutecznie hamować dalszy dopływ gazu. Gdyby taki scenariusz zaszedł, dzisiejszy pulsar mógłby być pozostałością po znacznie bardziej ekstremalnym układzie, niż przewidują standardowe modele recyklingu.
Druga możliwość jest jeszcze ciekawsza. Akrecyjnie indukowany kolaps namagnesowanego białego karła typu ONeMg, czyli zbudowanego głównie z tlenu, neonu i magnezu. W tym obrazie nie startujemy od gwiazdy neutronowej rozkręcanej przez towarzysza, ale od białego karła, który po osiągnięciu odpowiednich warunków zapada się i tworzy nową gwiazdę neutronową. Autorzy zaznaczają jednak, że ten wariant wymaga dość specyficznych założeń teoretycznych, więc nie jest jeszcze prostym rozwiązaniem zagadki.
To odkrycie jest zdecydowanie ciekawsze, niż może nam się wydawać
W astronomii pojedynczy dziwny obiekt bardzo często działa jak test wytrzymałości całej teorii. Jeśli PSR J0435+3233 naprawdę nie mieści się w klasycznej ścieżce powstawania pulsarów milisekundowych, to znaczy, że modele ewolucji układów podwójnych, zachowania pól magnetycznych i samego rozbiegu są niepełne. A to ma znaczenie nie tylko dla jednego pulsara, ale dla całej populacji takich obiektów.
Przeczytaj także:
To tym ciekawsze, że pulsary milisekundowe to jedne z najważniejszych narzędzi współczesnej astrofizyki precyzyjnej. Używa się ich jako kosmicznych zegarów do testów grawitacji, badania materii w skrajnych warunkach i poszukiwania bardzo niskoczęstotliwościowych fal grawitacyjnych. Jeśli więc trafia się obiekt, który nie pasuje do znanego schematu, to astrofizycy nie mogą go po prostu odłożyć go na półkę.
