HESS-billede af det binære par PSR B-1259-63 / SS 2883. Billedkredit: HESS. Klik for at forstørre.
Det binære par PSR B-1259-63 / SS 2883 er placeret ca. 5.000 lysår langt væk i den generelle retning af den sydlige halvkuglekonstellation Crux (Sydkorset). Duoen består af en pulsar (PSR B-1259) og en massiv blå kæmpe (SS 2883) fastlåst i en vidt svingende dans, der gentager trin hvert tredje år. Pulsars bane for den mere massive primære er så excentrisk, at parret passerer inden for 100 millioner kilometer ved nærmeste tilgang, og de adskiller sig omtrent ti gange den afstand på deres længste punkt. Under den nærmeste tilgang falder signaler fra pulsaren markant, da den formørkes af den massive blå kæmpe.
Observatører, der brugte det 12,5 meter høje energi-stereoskopiske system (HESS), optog parets dans under månefrie nætter fra februar til april 2004 og tidsbestemte dem, da pulsaren nærmet sig og trak sig tilbage fra duoens nærmeste punkt. Astronomerne fandt, at radiobølger fra pulsaren matchede med ultrahøj gammastråling fra regionen.
Ifølge Felix Aharonian fra Max Plank Institute for Nuclear Physics, Heidelberg Germany, tillader dette binære system 'on-line watch' af de ekstremt komplekse MHD (magnetohydrodynamiske) processer til skabelse og afslutning af den ultrarelativistiske pulsarvind samt partikel acceleration ved relativistiske stødbølger gennem studiet af spektrale og tidsmæssige karakteristika for systemets højenergi-stråling. I denne henseende er det binære system PSR B1259-63 et unikt laboratorium til at udforske pulsarvindens fysik. ”
Pulsaren blev først opdaget af et team af astronomer i 1992 ved hjælp af Parkes radioteleskop i Australien. Dens magnetiske stråle orienterer sig mod Jorden 20 gange i sekundet. Ud over radioemission udsender pulsaren røntgenstråler - på forskellige energiniveauer - gennem hele sin bane. Disse røntgenstråler antages at være et resultat af stråling, der opstår, når pulsars magnetfelt interagerer med gasser frigivet af den ledsagende blå kæmpe.
Den blå kæmpe SS 2883 blev første gang opdaget at være en ledsager med pulsaren i 1992. Den er ti gange solens masse, men har høje temperaturer og en hurtigt brændende fusionsmotor. Den roterer meget hurtigt og udsætter materiale fra sin ækvator på sporadisk basis. I henhold til papiret 'Opdagelse af den binære pulsar PSR B-1259-63 ... med H.E.S.S.' er "Være stjerner kendt for at have ikke-isotrope stjernevinde, der danner en ækvatorial disk med forbedret masseudstrømning."
Papiret siger, at "tidsmålinger antyder, at disken er skråtstillet med hensyn til orbitalplanet ..." en sådan banehældning får "pulsaren til at krydse disken to gange i nærheden af periastron." Og det er ved disse krydsninger, at tingene virkelig bliver suppet op, når pulsars magnetfelt begynder at interagere med ladede partikler i det omvendte chokregion i det stellar ejecta.
Som et resultat siges dette system at være en 'binær plerion', hvor “Det intense fotonfelt, der leveres af ledsagerstjernen, ikke kun spiller en vigtig rolle i afkøling af relativistiske elektroner, men også tjener som det perfekte mål for produktion af høj -energi-gammastråler gennem invers Compton (IC) -spredning. ” Felix udvider denne opfattelse ved at sige, at “pulsaren ikke er isoleret, men placeret i et binært system tæt på en stærk optisk stjerne. I dette tilfælde slutter pulsarvinden på grund af vekselvirkning med den stellare vind under højt gastryk inden for det binære system, hvor magnetfeltet er ret højt (ca. 1 G, dvs. 10.000 til 100.000 gange større end i standard-plerioner). På grund af den optiske stjerners tilstedeværelse lider elektronerne endvidere alvorlige tab under interaktioner (Compton-spredning) med stjernelys. Dette gør elektronernes levetid meget kort, 1 time eller mindre. Højenergi-gamma-stråler kan også produceres ved interaktion mellem elektroner (og måske også protoner) med den tætte gas fra den stjernede disk (også på ganske korte tidsskalaer!). ”
Som et binært plerion viser stjernesystemet en vidtgående energisignatur baseret på pulsars excentriske bane og brede variationer i densiteten af den omkringliggende form omkring SS 2883, som den interagerer med. I nærheden af periastron, den "kolde" pulsarvind, der interagerer med det omgivende plasma, afsluttes med oprettelsen af en relativistisk stødbølge, som igen accelererer partikler til ekstremt høje energier, 1 TeV eller mere. Varme i disse partikler afkøles derefter, da fotoner rammer hurtig bevægende elektroner og positroner. Denne inverse Compton-spredningseffekt frigør energi ved at forstærke fotonfrekvenser vildt. Enkelt sagt forstærkes fotoner med "synligt lys" med lavt energiindhold til meget højere energiniveauer - nogle opnår terra-elektron volt-området i det øvre gammastråle / det nedre kosmiske stråledomæne.
I mellemtiden, når pulsaren bevæger sig væk fra stjernernes primære, støder den på færre og færre ladede partikler, mens massen af synlige lysfotoner fra den centrale stjerne også falder af. Når dette sker, reduceres spredning af fotoner, og synkrotronstråling begynder at dominere. På grund af dette begynder røntgenstråler på lavere effektniveau at dominere systemets energisignatur, når pulsaren bremser og bevæger sig væk fra stjernen.
Endelig er der to perioder i pulsarsbanen, hvor den krydser ækvatorplanet for den blå gigants circumstellar-disk. Disse overgangspunkter kan resultere i oprettelse af adskillige superenergierede fotoner, elektroner, positroner og endda nogle protoner. Når der oprettes relativistisk accelererede partikler, interagerer de igen med et område, der er i stand til at gyde en række andre partikler, der er i stand til at nedbryde til højenergi-fotoner og andre partikler.
Fra papiret, der blev offentliggjort 13. juni 2005, "Hidtil er den teoretiske forståelse af dette komplekse system, der involverer pulsar og stjernevind, der interagerer med hinanden, ret begrænset på grund af manglen på begrænsende observationer." Men nu på grund af IACTS (Imaging Atmosfære Cherenkov-teleskoper) som H.E.S.S., er astronomer nu i stand til at løse mange nye nær-punkt kilder til højenergi-gammastråler fra andre systemer som PSR B-1259-63 / SS 2883.
I PSR B-1259-63 / SS 2883-systemet ser naturen ud til at have givet astronomer - og fysikere - sin helt egen version af en superhøj energi partikelaccelerator - en der heldigvis er godt indeholdt og i en sikker afstand fra Jorden.
Skrevet af Jeff Barbour
