Pulsar
Pulsarit ovat neutronitähtiä, jotka pyörivät nopeasti ja tuottavat valtavaa sähkömagneettista säteilyä kapeaa sädettä pitkin. Neutronitähdet ovat hyvin tiheitä, ja niillä on lyhyet, säännölliset pyörimisliikkeet. Tämä tuottaa hyvin tarkan pulssin välin, joka vaihtelee yksittäisen pulsarin kohdalla noin millisekunnista sekunteihin. Pulssin voi nähdä vain, jos Maa on tarpeeksi lähellä säteen suuntaa. Samoin kuin majakan voi nähdä vain silloin, kun säde loistaa omaan suuntaansa.
Pulssit vastaavat tähden kierroksia. Pyöriminen aiheuttaa majakkaefektin, koska säteily näkyy vain lyhyin väliajoin. Werner Becker Max Planckin maan ulkopuolisen fysiikan instituutista sanoi hiljattain,
Optisen ja säteilyn yhdistelmäkuva Rapusumusta. Siinä näkyy ympäröivästä tähtisumusta tuleva energia, joka johtuu keskeisen pulsarin magneettikentistä ja hiukkasista.
Vela Pulsar, neutronitähti, joka on supernovasta (tähden suuri räjähdys) jääneen tähden jäänteitä. Se lentää avaruuden halki, ja sitä työntää aine, joka on heitetty yhdestä neutronitähden kääntymispisteestä.
Discovery
Ensimmäinen pulsari löydettiin vuonna 1967. Sen löysivät Jocelyn Bell Burnell ja Antony Hewish. He työskentelivät Cambridgen yliopistossa. Havaitussa emissiossa oli 1,33 sekunnin välein tapahtuvia pulsseja. Kaikki pulssit tulivat samasta paikasta taivaalla. Lähde noudatti tähtiaikaa. Aluksi he eivät ymmärtäneet, miksi pulsareiden säteilyn voimakkuus muuttuu säännöllisesti. Sana pulsari on lyhenne sanoista "sykkivä tähti".
Tämä alkuperäinen pulsari, jota nykyään kutsutaan CP 1919:ksi, tuottaa radioaallonpituuksia, mutta myöhemmin pulsareiden on havaittu tuottavan säteilyä röntgen- ja/tai gammasäteilyn aallonpituuksilla.
Nobel-palkinnot
Vuonna 1974 Antony Hewishista tuli ensimmäinen tähtitieteilijä, jolle myönnettiin Nobelin fysiikan palkinto. Kiistaa aiheutti se, että hänelle myönnettiin palkinto, mutta Bellille ei. Hän oli tehnyt alkuperäisen löydön ollessaan Bellin tohtoriopiskelija. Bell ei väittänyt olevansa katkera tästä asiasta, vaan tuki Nobel-palkintokomitean päätöstä. "Jotkut ihmiset kutsuvat sitä No-Bell-palkinnoksi, koska he ovat niin vahvasti sitä mieltä, että Jocelyn Bell Burnellin olisi pitänyt jakaa palkinto".
Vuonna 1974 Joseph Hooton Taylor Jr. ja Russell Hulse löysivät ensimmäistä kertaa pulsarin kaksoispulssijärjestelmässä. Tämä pulsari kiertää toista neutronitähteä, jonka kiertoaika on vain kahdeksan tuntia. Einsteinin yleisen suhteellisuusteorian mukaan tämän systeemin pitäisi lähettää voimakasta gravitaatiosäteilyä, jolloin kiertorata supistuu jatkuvasti, kun se menettää kiertoenergiaa. Pulsarin havainnot vahvistivat pian tämän ennusteen ja antoivat ensimmäisenä todisteen gravitaatioaaltojen olemassaolosta. Vuodesta 2010 lähtien pulsarista tehdyt havainnot ovat edelleen yleisen suhteellisuusteorian mukaisia. Vuonna 1993 Taylor ja Hulse saivat fysiikan Nobel-palkinnon tämän pulsarin löytämisestä.
Jocelyn Bell Burnellin kaavio
Pulsarien lajit
Tähtitieteilijät tietävät, että pulsareita on kolmenlaisia:
- Pyörimisvoimalla toimivat pulsarit, joissa säteily johtuu pyörimisenergian häviämisestä; säteily johtuu siitä, että neutronitähti hidastaa pyörimisnopeuttaan.
- akkretioenergiaa käyttävät pulsarit (jotka ovat suurin osa mutta eivät kaikki röntgenpulsareista), joissa pulsariin putoavan aineen gravitaatiopotentiaalienergia aiheuttaa röntgensäteilyä, jota voidaan vastaanottaa Maasta, ja
- Magnetarit, joissa erittäin voimakas magneettikenttä menettää energiaa, mikä aiheuttaa säteilyä.
Vaikka kaikki kolme kohdetyyppiä ovat neutronitähtiä, niiden havaittavissa olevat toiminnot ja niiden taustalla oleva fysiikka ovat hyvin erilaisia. On kuitenkin joitakin asioita, jotka ovat samankaltaisia. Esimerkiksi röntgenpulsarit ovat luultavasti vanhoja pyörimisvoimalla toimivia pulsareita, jotka ovat jo menettäneet suurimman osan energiastaan ja jotka voidaan nähdä uudelleen vasta sen jälkeen, kun niiden kaksoistähtipartnerit ovat laajentuneet ja niistä peräisin oleva aine on alkanut pudota neutronitähteen päälle. Akkrektioprosessi (neutronitähteen päälle putoava aine) voi puolestaan antaa neutronitähdelle tarpeeksi kulmamomenttienergiaa, jotta se muuttuu pyörimisvoimalla toimivaksi millisekunnin pulsariksi.
Käyttää
Tarkka kello Joidenkin millisekunnin pulsareiden pulssin säännöllisyys on atomikelloa tarkempi. Tämän vakauden ansiosta millisekunnin pulsareita voidaan käyttää efemeridiaikojen määrittämiseen tai pulsarikellojen rakentamiseen.
Ajoituskohina on nimitys kaikissa pulsareissa havaituille pyörimishäiriöille. Tämä ajoituskohina on havaittavissa pulssin taajuuden tai vaiheen satunnaisena vaelteluna. Ei tiedetä, liittyykö ajoituskohina pulsarin häiriöihin.
Muut käyttötarkoitukset
Pulsareiden tutkiminen on johtanut moniin käyttökohteisiin fysiikassa ja tähtitieteessä. Merkittävimpiä esimerkkejä ovat yleisen suhteellisuusteorian ennustaman gravitaatiosäteilyn osoittaminen ja ensimmäinen todiste eksoplaneetoista. Tähtitieteilijät mittasivat 1980-luvulla pulsarisäteilyä todistaakseen, että Pohjois-Amerikan ja Euroopan mantereet ovat ajautumassa kauemmas toisistaan. Tämä liike on todiste laattatektoniikasta.
Tärkeitä pulsareita
- Magneettitähti SGR 1806-20 tuotti 27. joulukuuta 2004 tehdyssä kokeessa suurimman koskaan galaksissa nähdyn energiapurkauksen.
- PSR B1931+24 "... näyttää normaalilta pulsarilta noin viikon ajan ja 'sammuu' sitten noin kuukaudeksi ennen kuin tuottaa taas pulsseja. [...] tämä pulsari hidastuu nopeammin, kun pulsari on päällä kuin kun se on pois päältä. [...] sen hidastumistavan on liityttävä radioenergiaan ja sen aiheuttajiin, ja ylimääräinen hidastuminen voidaan selittää sillä, että pulsarin magneettikentästä lähtevä hiukkastuuli hidastaa pulsarin pyörimisnopeutta. [2]
- PSR J1748-2446ad on nopeimmin pyörivä pulsari, jonka pyörimisnopeus on 716 Hz (kierrosta sekunnissa).
Muut lähteet
- Lorimer D.R. & M. Kramer 2004. Handbook of pulsar astronomy. Cambridge Observing Handbooks for Research Astronomers.
