HESS-bild av det binära paret PSR B-1259-63 / SS 2883. Bildkredit: HESS. Klicka för att förstora.
Det binära paret PSR B-1259-63 / SS 2883 ligger cirka 5 000 ljusår långt borta i den allmänna riktningen för den södra halvklotskonstellationen Crux (Södra korset). Duon består av en pulsar (PSR B-1259) och en massiv blå jätte (SS 2883) inlåst i en allmänt svängande dans som upprepar steg var tredje år. Pulsars bana för den mer massiva primären är så excentrisk att paret passerar inom 100 miljoner kilometer vid närmaste tillvägagångssätt och de skiljer sig ungefär tio gånger det avståndet vid deras längsta punkt. Under närmaste tillvägagångssätt tappar signaler från pulsaren avsevärt eftersom den försvinna av den massiva blå jätten.
Observatörer som använde det 12,5 meter höga energi-stereoskopiska systemet (HESS) spelade in parets dans under månlösa nätter från februari till april 2004 och ställde dem när pulsaren närmade sig och satte sig tillbaka från duonens närmaste punkt. Astronomerna fann att radiovågor från pulsaren matchade med ultrahög gammastrålning från regionen.
Enligt Felix Aharonian från Max Plank Institute for Nuclear Physics, Heidelberg Germany, tillåter detta binära system "on-line watch" av de extremt komplexa MHD (magnetohydrodynamiska) processerna för skapande och avslutning av den ultrarelativistiska pulsarvinden, såväl som partikel acceleration med relativistiska chockvågor, genom att studera spektrala och temporära egenskaper hos systemets högenergi-strålning. I detta avseende är det binära systemet PSR B1259-63 ett unikt laboratorium för att utforska pulsarvindens fysik. ”
Pulsaren upptäcktes först av ett team av astronomer 1992 med Parkes radioteleskop i Australien. Dess magnetiska stråle riktar sig mot jorden 20 gånger per sekund. Förutom radioutsläpp sänder pulsaren röntgenstrålar - vid olika energinivåer - genom hela sin bana. Dessa röntgenstrålar tros vara resultatet av strålning som inträffar när pulsars magnetfält samverkar med gaser som släpps ut av den följeslagande blå jätten.
Den blå jätten SS 2883 upptäcktes först för att vara en följeslagare med pulsaren 1992. Den är tio gånger solens massa, men har höga temperaturer och en snabbt brinnande fusionsmotor. Den roterar mycket snabbt och matar ut material från ekvatorn på sporadisk basis. Enligt uppsatsen "Discovery of the Binary Pulsar PSR B-1259-63 ... med H.E.S.S.", "Vara stjärnor är kända för att ha icke-isotropa stjärnvindar som bildar en ekvatorial skiva med förbättrat massutflöde."
Papperet fortsätter med att säga att "tidsmätningar tyder på att disken är lutande med avseende på orbitalplanet ..." en sådan omloppshöjning får "pulsaren att korsa disken två gånger nära periastron." Och det är vid dessa övergångar som saker verkligen sugs upp när pulsars magnetfält börjar interagera med laddade partiklar i det omvända chockområdet i den stellar ejecta.
Som ett resultat sägs detta system vara en "binär plerion" där "Det intensiva fotonfältet som ledsagarstjärnan tillhandahåller spelar inte bara en viktig roll i kylningen av relativistiska elektroner utan fungerar också som det perfekta målet för produktion av hög -energi gammastrålar genom invers Compton (IC) spridning. ” Felix utvidgar denna uppfattning genom att säga att ”pulsaren inte är isolerad, utan ligger i ett binärt system nära en kraftfull optisk stjärna. I detta fall, på grund av interaktion med den stilla vinden under högt gastryck, slutar pulsarvinden i det binära systemet där magnetfältet är ganska högt (ungefär 1 G, dvs 10 000 till 100 000 gånger större än i vanliga plerioner). På grund av den optiska stjärnans närvaro lider elektronerna allvarliga förluster under interaktioner (Compton-spridning) med stjärnljus. Detta gör att elektronernas livslängd är mycket kort, en timme eller mindre. Högenergi-strålar kan produceras också genom interaktioner mellan elektroner (och kanske även protoner) med den täta gasen från den stella skivan (även på ganska korta tidsskalor!). ”
Som en binär plerion visar stjärnsystemet en omfattande energisignatur baserad på pulsars excentriska bana och breda variationer i tätheten av kringliggande materia runt SS 2883 som den interagerar med. Nära periastron, den "kalla" pulsarvinden som interagerar med den omgivande plasmaen, avslutas med skapandet av en relativistisk chockvåg som i sin tur påskyndar partiklar till extremt höga energier, 1 TeV eller mer. Värme i dessa partiklar "kyls" då fotoner träffar snabbrörande elektroner och positroner. Denna omvända Compton-spridningseffekt avger energi genom att förstärka fotonfrekvenser vildt. Enkelt sagt, fotoner med "synligt ljus" med låg energi förstärks till mycket högre energinivåer - vissa uppnår terraelektron voltområdet i den övre gammastrålen / den nedre kosmiska strålningsdomänen.
Samtidigt som pulsaren förflyttar sig från den primära primären, möter den färre och färre laddade partiklar, samtidigt faller även densiteten för synliga ljusfotoner från den centrala stjärnan av. När detta inträffar reduceras spridningen av fotoner och synkrotronstrålningen börjar dominera. På grund av detta börjar lägre effektnivå röntgenstrålar dominera energisignaturen för systemet när pulsaren bromsar och rör sig bort från stjärnan.
Slutligen finns det två perioder i pulsarsbanan där den passerar ekvatorialplanet på den blå jättens circumstellar-skiva. Dessa övergångspunkter kan resultera i skapandet av många superenergierade fotoner, elektroner, positroner och till och med några protoner. När relativistiskt accelererade partiklar skapas interagerar de i sin tur med en region som kan spaja en mängd andra partiklar som kan bryta ner till högenergi-fotoner och andra partiklar.
Från uppsatsen som publicerades 13 juni 2005, "Hittills är den teoretiska förståelsen för detta komplexa system, som involverar pulsar- och stjärnvindar som interagerar med varandra ganska begränsad på grund av bristen på begränsande observationer." Men nu på grund av IACTS (Imaging Atmosfäriska Cherenkov-teleskop) som H.E.S.S., kan astronomer nu lösa många nya nära-punktkällor med högenergi-gammastrålar från andra system som PSR B-1259-63 / SS 2883.
I PSR B-1259-63 / SS 2883-systemet verkar naturen ha gett astronomer - och fysiker - en helt egen version av en superhög energipartikelaccelerator - en som lyckligtvis är väl innehållande och ett säkert avstånd från jorden.
Skrivet av Jeff Barbour
