Изображение HESS двоичной пары PSR B-1259-63 / SS 2883. Изображение предоставлено HESS. Нажмите, чтобы увеличить.
Двоичная пара PSR B-1259-63 / SS 2883 расположена на расстоянии около 5000 световых лет в общем направлении к созвездию Южного полушария Crux (Южный Крест). Дуэт состоит из пульсара (PSR B-1259) и массивного голубого гиганта (SS 2883), запертого в широко колеблющемся танце, который повторяет шаги каждые 3,4 года. Орбита пульсара более массивного первичного звена настолько эксцентрична, что пара проходит в пределах 100 миллионов километров при ближайшем подходе и разделяет примерно в десять раз это расстояние в своей самой дальней точке. При ближайшем подходе сигналы от пульсара значительно падают, поскольку он затмевается массивным синим гигантом.
Наблюдатели, использующие 12,5-метровую высокоэнергетическую стереоскопическую систему (HESS), записывали танец пары в безлунные ночи с февраля по апрель 2004 года и рассчитывали их, когда пульсар приближался и удалялся от ближайшей точки дуэта. Астрономы обнаружили, что радиоволны от пульсара совпадают со сверхвысоким гамма-излучением, исходящим из региона.
По словам Феликса Аароняна из Института ядерной физики им. Макса Планка, Гейдельберг, Германия, эта бинарная система «позволяет в режиме реального времени наблюдать за чрезвычайно сложными МГД (магнитогидродинамическими) процессами создания и прекращения ультрарелятивистского ветра пульсара, а также частиц ускорение релятивистскими ударными волнами путем изучения спектральных и временных характеристик высокоэнергетического гамма-излучения системы. В связи с этим бинарная система PSR B1259-63 является уникальной лабораторией для изучения физики пульсарных ветров ».
Пульсар был впервые обнаружен группой астрономов в 1992 году с помощью радиотелескопа Parkes в Австралии. Его магнитная струя ориентируется на Землю 20 раз в секунду. В дополнение к радиоизлучению, пульсар передает рентгеновские лучи - на разных уровнях энергии - по всей своей орбите. Считается, что эти рентгеновские лучи являются результатом излучения, которое возникает, когда магнитное поле пульсара взаимодействует с газами, испускаемыми синим гигантом-компаньоном.
Синий гигант SS 2883 был впервые обнаружен как спутник пульсара в 1992 году. Он в десять раз больше массы Солнца, но имеет высокие температуры и быстро сгорающий термоядерный двигатель. Он вращается очень быстро и время от времени выбрасывает материал из экватора. Согласно статье «Открытие бинарного пульсара PSR B-1259-63 ... с H.E.S.S.», «известно, что звезды Be имеют неизотропные звездные ветра, образующие экваториальный диск с усиленным оттоком массы».
Далее в статье говорится, что «измерения времени предполагают, что диск наклонен относительно плоскости орбиты…», такой наклон орбиты заставляет «пульсар пересекать диск два раза вблизи периастрона». И именно на этих пересечениях вещи действительно усиливаются, когда магнитное поле пульсара начинает взаимодействовать с заряженными частицами в области обратного удара звездного выброса.
В результате эта система называется «бинарным плерионом», где «интенсивное поле фотонов, создаваемое звездой-компаньоном, не только играет важную роль в охлаждении релятивистских электронов, но и служит идеальной мишенью для производства высоких -энергетические гамма-лучи за счет обратного комптоновского (ИК) рассеяния ». Феликс расширяет это понятие, говоря, что «пульсар не изолирован, а расположен в двойной системе, близкой к мощной оптической звезде. В этом случае из-за взаимодействия со звездным ветром под высоким давлением газа ветер пульсара заканчивается в двойной системе, где магнитное поле достаточно велико (приблизительно 1 Гс, то есть в 10000-100 раз больше, чем в стандартных плерионах). Кроме того, из-за наличия оптической звезды электроны несут серьезные потери при взаимодействии (комптоновское рассеяние) со звездным светом. Это делает время жизни электронов очень коротким, 1 час или меньше. Гамма-лучи высокой энергии могут быть получены также при взаимодействии электронов (и, возможно, также протонов) с плотным газом звездного диска (также в довольно короткие сроки!) ».
Как бинарный плерион, звездная система демонстрирует широкую энергетическую сигнатуру, основанную на эксцентрической орбите пульсара и широких вариациях плотности околозвездного вещества вокруг SS 2883, с которым она взаимодействует. Рядом с периастроном «холодный» ветер пульсара, взаимодействующий с окружающей плазмой, заканчивается созданием релятивистской ударной волны, которая, в свою очередь, ускоряет частицы до чрезвычайно высоких энергий, 1 ТэВ или более. Затем тепло в этих частицах «охлаждается», когда фотоны ударяются о быстро движущиеся электроны и позитроны. Этот эффект обратного комптоновского рассеяния уносит энергию, дико усиливая частоты фотонов. Проще говоря, фотоны низкоэнергетического «видимого света» повышаются до гораздо более высоких энергетических уровней - некоторые достигают области электронно-вольтных областей верхнего гамма-луча / нижнего космического луча.
Между тем, по мере того, как пульсар удаляется от первичной звезды, он встречает все меньше и меньше заряженных частиц, в то время как плотность видимых световых фотонов от центральной звезды также падает. Когда это происходит, рассеяние фотонов уменьшается, и синхротронное излучение начинает доминировать. Из-за этого рентгеновские лучи более низкого уровня мощности начинают доминировать в энергетической сигнатуре системы, поскольку пульсар замедляется и удаляется от звезды.
Наконец, на орбите пульсаров есть два периода, когда она пересекает экваториальную плоскость околозвездного диска синего гиганта. Эти точки перехода могут привести к созданию многочисленных сверхэнергетических фотонов, электронов, позитронов и даже некоторых протонов. Когда релятивистски ускоренные частицы создаются, они, в свою очередь, взаимодействуют с областью, способной порождать множество других частиц, способных распадаться на фотоны высоких энергий и другие частицы.
Из статьи, опубликованной 13 июня 2005 г., «до настоящего времени теоретическое понимание этой сложной системы, в которой взаимодействуют друг с другом пульсарные и звездные ветры, весьма ограничено из-за отсутствия ограничивающих наблюдений». Но теперь благодаря IACTS (Imaging Atmospheric Cherenkov Telescopes), таким как H.E.S.S., астрономы теперь могут обнаруживать множество новых ближних источников высокоэнергетических гамма-лучей из других систем, таких как PSR B-1259-63 / SS 2883.
В системе PSR B-1259-63 / SS 2883 природа, кажется, предоставила астрономам - и физикам - свою собственную версию ускорителя частиц сверхвысокой энергии - который, к счастью, хорошо удерживается и находится на безопасном расстоянии от Земли.
Автор Джефф Барбур
