Stelele neutronice sunt unul dintre cele mai fascinante obiecte astronomice din universul cunoscut. Pe lângă faptul că sunt cel mai dens tip de stele (cu excepția posibilă a stelelor quark), au fost, de asemenea, cunoscute că formează perechi binare cu stele masive. Până în prezent, doar 39 de astfel de sisteme au fost descoperite și au fost depistate și mai puține, care erau compuse dintr-o stea masivă și o stea neutronă cu raze gamma cu energie foarte mare (VHE).
Până în prezent, doar două dintre aceste sisteme au fost găsite, al doilea fiind descoperit în urmă cu doar câțiva ani de către o echipă de astronomi internaționali cunoscută sub numele de colaborare Very Array Radiation Telescope Array System (VERITAS). Pe lângă faptul că a fost o descoperire rară, descoperirea a fost și ea foarte norocoasă, deoarece comportamentul neobișnuit pe care l-au observat venind din acest sistem nu se va mai întâmpla până în 2067.
Mai simplu spus, stelele neutronice sunt rămășițele dense ale unei stele care a explodat într-o supernovă, lăsând în urmă un obiect extrem de dens, compact, care se învârte rapid. Acest lucru face ca o stea cu neutroni să genereze câmpuri magnetice puternice care să-și concentreze radiația într-un fascicul strâns, care apare ca un far atunci când este privit marginal. Când aceste fascicule se intersectează cu Pământul, astronomii pot detecta aceste impulsuri la radio și alte lungimi de undă.
Deoarece este obișnuit pentru stele masive pentru perechi binare formate, nu este surprinzător faptul că unii pulsars au un tovarăș orbitant care a supraviețuit partenerului său mergând supernova. De asemenea, este frecvent ca aceste sisteme să aibă discuri de resturi, care sunt afectate de pulsarul care se învârte rapid. Pe măsură ce radiațiile se ciocnesc cu resturile, acestea creează particule încărcate care pot fi accelerate aproape la viteza luminii, ceea ce duce la raze gamma de energie foarte mare (VHE).
Folosind cele patru telescoape de 12 m de la Fred Lawrence Whipple Observatory, care este operat de Smithsonian Astrophysical Observatory (SAO), colaborarea VERITAS a început urmărirea a ceea ce se credea a fi un sistem cu raze gamma VHE în 2016. Această sursă este localizată într-o pepinieră stelară masivă aflată la aproximativ 5000 de ani-lumină de Pământ, în direcția constelației Cygnus.
Cu ajutorul unei echipe de astronomi care au folosit cele două telescoape majore cu atmosferă Gamma Imaging Cherenkov (MAGIC) de 17 m (situate la Observatorul El Roque de Los Muchachos din Insulele Canare), echipa a descoperit că pulsarul avea un însoțitor stelar masiv. care l-a orbitat la fiecare 50 de ani pe o orbită extrem de eliptică. Cele două echipe au calculat, de asemenea, că stelele vor fi în cele mai apropiate puncte pe orbita lor până pe 13 noiembrie 2017 și nu vor mai fi până în 2067.
Directorii colaborării VERITAS participaseră anterior cu alți astronomi pentru a monitoriza acest sistem înainte, în timpul și după cea mai apropiată abordare a acestuia. Folosind cele patru telescoape ale Observatorului Fred Lawrence Whipple, au detectat razele gamma din sclipirile extrem de scurte ale radiațiilor Cherenkov care apar pe cer când sunt absorbite de atmosfera Pământului.
Primele observații, efectuate în 2016, au relevat emisiile slabe de raze gamma, care erau în concordanță cu faptul că sistemul binar este încorporat într-o creșă stelară. „Această emisie de nivel scăzut și constantă este cel mai probabil dintr-o nebuloasă care este alimentată continuu de pulsar”, a spus Ralph Bird, un cercetător post-doctoral la Universitatea din California Los Angeles, care a jucat un rol de lider în campania VERITAS.
Prin urmare, oamenii de știință au așteptat ca stelele să ajungă în cel mai apropiat punct al orbitei lor pentru a vedea dacă va exista vreo schimbare. Potrivit lui Alicia López Oramas, cercetătoare cu MAGIC la Institutul de Astrofizică de Canarias (IAC) și unul dintre autorii corespunzători ai studiului, „un astfel de sistem unic ar fi trebuit să emită raze gamma cu energie foarte mare în timpul acestei abordări și această oportunitate nu putea fi ratată. "
Până în septembrie, lucrurile au început să se schimbe drastic. După cum a indicat Tyler Williamson, un student absolvent al Departamentului de Fizică și Astronomie al Universității din Delaware și un alt contribuabil cheie la VERITAS, a indicat:
„Fluxul de raze gamma pe care l-am observat în septembrie a fost de două ori valoarea anterioară. În cea mai apropiată apropiere dintre stea și pulsar, în noiembrie 2017, fluxul a crescut de 10 ori într-o singură noapte. ”
Pentru a explica acest comportament, echipa a potrivit modelelor teoretice bazate pe cele mai recente teorii despre pulsars, discuri cu resturi și emisiile rezultate la observațiile lor. Acest lucru s-a dovedit nereușit, ceea ce i-a determinat să ajungă la concluzia că sunt necesare revizii semnificative, care include informații mai bune despre întâlnirea dintre cele două stele.
Pe scurt, sunt necesare mai multe observații ale acestei perechi binare înainte de a putea face o modelare adecvată. Acest lucru nu este surprinzător, deoarece acest sistem este doar al doilea caz al unui sistem pulsar binar care prezintă emisii de raze gamma VHE. Cu toate acestea, observațiile colectate de cele două echipe au fost de neprețuit, având în vedere că toate explicațiile anterioare despre comportamentul binarelor pulsare cu raze gamma VHE au fost speculații.
În anii următori, oamenii de știință intenționează să continue observarea acestui și a altor pulsars pentru a monitoriza comportamentul exotic provenit de la acest tip extrem de obiect. Și dacă pot fi dezvoltate modele adecvate pentru acest sistem special, va fi o valoare imensă pentru oamenii de știință, oferind o perspectivă asupra nașterii și evoluției obiectelor compacte - de la pulsars la sisteme binare cu găuri negre.
După cum a declarat Wystan Benbow, astrofizician cu CfA, „investiția continuă în exploatarea unor unități de vârf unice, precum VERITAS, este critică și va asigura oportunități suplimentare de a realiza știința transformatoare.”
Colaborarea VERITAS este un grup de 80 de oameni de știință din 20 de instituții cu sediul în Statele Unite, Canada, Germania și Irlanda. Studiul care descrie descoperirile lor a apărut recent în Scrisori de jurnal astrofizic. Observatorul Fred Lawrence Whipple este operat de Observatorul Smithsonian Astrophysical (SAO).
