***
Štefánikova hvězdárna
observatory.cz > Novinky z astronomie > Nejrychlejší milisekundový pulsar J1748-2446ad

Nejrychlejší milisekundový pulsar J1748-2446ad

Fyzika 20.2.2006 Jan Pacák

Vědcům pracujícím na radioteleskopu v Green Banku se podařilo najít nejrychlejší milisekundový pulsar rotující s frekvencí 716 Hz (perioda 1,4 ms). Téměř 23 let trvalo, než se podařilo překonat rekord 642 Hz (perioda 1,6 ms) u pulsaru B1937+21. Pokud má pulsar hmotnost menší jak 2 MS, musí být jeho poloměr  při této rotační rychlosti menší než 16 km.

Green Bank Telescope, obří radioteleskop s průměrem 100 metrů.

GBT – Green Bank Telescope, radioteleskop Roberta C. Byrda v Green Bank v Západní Virginii (79° 50' 23,42” západní délky, 38° 25' 59,26” severní šířky). Průměr antény je dle použitého radiového okna 100÷110 m. Radioteleskop je největším pohyblivým zařízením tohoto druhu na světě. Lze tak snímat celou oblohu od výšky 5° nad obzorem. Na rozdíl od většiny klasických antén je jeho talíř asymetrickým výřezem z paraboloidu o průměru 208 m a optická osa prochází 4 m od okraje antény.
Neutronová hvězda – těleso tvořené degenerovaným neutronovým plynem o hmotnosti menší než cca 3 MS (Landauova-Oppenheimerova-Volkoffova mez). Typický průměr neutronové hvězdy je v řádu desítek kilometrů, průměrná hustota 1011 kg m-3 dosahuje hodnot hustoty atomového jádra. Neutronové hvězdy vznikají při gravitačním kolapsu velmi hmotných červených veleobrů, při výbuchu supernovy typu II. Obrovský tlak způsobuje „vtlačení“ elektronů do protonů za vzniku neutronů a neutrin. Neutronové hvězdy byly teoreticky předpovězeny ve 30. letech 20. století.
Pulsar – neutronová hvězda, jejíž magnetická a rotační osa nemají shodný směr. Zářící oblasti v magnetických pólech hvězdy díky rotaci vytvářejí pro pozorovatele majákovým efektem pulsy, zpravidla radiové, výjimečně až rentgenové či gama. První pulsar byl objeven v roce 1967.
Milisekundový pulsar – neutronové hvězdy s rotační periodou v rozmezí 1÷10 ms. Občas jsou také nazývány „recyklovanými“ pulsary. Většinou se jedná o binární systémy, ve kterých je rotace urychlena v důsledku přetoku hmoty z průvodce na neutronovou hvězdu. Moment hybnosti látky se při tom zachovává. Záblesky se zkracují a jejich perioda dosahuje milisekundových hodnot.
Kulová hvězdokupa – systém obsahující statisíce až miliony hvězd, držený pohromadě gravitací. Hvězdy v kulových hvězdokupách neobsahují prakticky žádné těžší prvky a jsou proto velmi staré. Vznikly z prvotního plynu – vodíku a hélia v zárodcích budoucích galaxií.


Určení maximální možné frekvence těchto zdrojů mikrovlnného a někdy dokonce i rentgenového záření je důležité pro velký okruh astrofyzikálních problémů, zahrnující například chování látky s extrémní hustotou nebo vysílání gravitačních vln.

Nejvíce milisekundových pulsarů můžeme nalézt v kulových hvězdokupách. Je to proto, že v jádru hvězdokupy je velmi vysoká koncentrace hvězd (104÷106 pc−3), což umožňuje vytvoření binárních systémů, které jsou důležité pro vznik těchto objektů. Více jak 80% milisekundových pulsarů je součástí binárního systému. Výzkum se proto věnoval hmotným a hustým kulovým hvězdokupám, jako je Terzan 5. Vědecký tým pod vedením Jasona W. T. Hesselse v této hvězdokupě našel celkem 30 rychlých pulsarů. Všechna pozorování byla prováděna radioteleskopem GBT.


Kulová hvězdokupa Terzan 5. Zdroj: Institute of Astronomy, University of Tokyo.


Pulsar J1748−2446ad byl poprvé objeven 10. listopadu 2004, pozorování bylo potvrzeno 8. ledna 2005. Poté následovala každý měsíc pěti až šestihodinová pozorování v pásmu se středem na 1 950 MHz a pološířkou 600 MHz. Pásmo bylo rozděleno na 786 kanálů sledovaných se vzorkováním 82 μs. Při zpracování dat byl objeven průvodce pulsaru o minimální hmotnosti 0,14 MS, obíhající po eliptické dráze ve vzdálenosti 5÷6 RS, s oběžnou periodou 26 hodin (MS je hmotnost Slunce, RS je poloměr Slunce).


Těsná dvojhvězda s přetékající hmotou, která může urychlit rotaci pulsaru.


Průběh pulzu pulsaru J1748-2446ad v relativních jednotkách.

Dále se zjistilo, že rovnice běžně používaná pro odhad maximální frekvence milisekundových pulsarů (základní tvar je odvozen z newtonovské mechaniky, koeficient byl určen experimentálně a zahrnuje obecně relativistické efekty)

fmax = 1045×(M/MS)1/2(10 km/R)3/2     [Hz]

neplatí pro pulsary z této hvězdokupy, neboť se otáčejí z neznámého důvodu rychleji, škálovací konstanta před vztahem má jinou hodnotu než u jiných pulsarů. Na závěr uveďme tabulku deseti nejrychlejších milisekundových pulsarů:


Pulsar Frekvence [Hz] Perioda [ms] Průvodce Umístění
J1748−2446ad 716 1,40 ano Terzan 5
B1937+21 642 1,56 ano Galaxie
B1957+20 622 1,61 ano Galaxie
J1748−2446O 596 1,68 ano Terzan 5
J1748−2446P 578 1,73 ano Terzan 5
J1843−1113 542 1,85 ne Galaxie
J0034−0534 533 1,88 ano Galaxie
J1748−2446Y 488 2,05 ano Terzan 5
J1748−2446V 482 2,07 ano Terzan 5
B0021−72J 476 2,10 ano 47 Tukanae
Fyzika 20.2.2006 Jan Pacák