Hình ảnh HESS của cặp nhị phân PSR B-1259-63 / SS 2883. Tín dụng hình ảnh: HESS. Nhấn vào đây để phóng to.
Cặp nhị phân PSR B-1259-63 / SS 2883 nằm cách xa 5.000 năm ánh sáng theo hướng chung của chòm sao nam bán cầu Crux (Nam Cross). Bộ đôi này bao gồm một pulsar (PSR B-1259) và người khổng lồ xanh khổng lồ (SS 2883) bị nhốt vào một điệu nhảy lắc lư rộng rãi lặp đi lặp lại sau mỗi 3,4 năm. Quỹ đạo của pulsar của khối chính lớn hơn rất lập dị đến nỗi cặp đôi vượt qua trong vòng 100 triệu km ở cách tiếp cận gần nhất và chúng tách ra khoảng mười lần khoảng cách đó tại điểm xa nhất của chúng. Trong cách tiếp cận gần nhất, tín hiệu từ pulsar giảm đáng kể khi nó bị lu mờ bởi người khổng lồ màu xanh khổng lồ.
Các nhà quan sát sử dụng Hệ thống lập thể năng lượng cao 12,5 mét (HESS) đã ghi lại điệu nhảy cặp mặt trong những đêm không trăng từ tháng 2 đến tháng 4 năm 2004, và hẹn họ khi xung phát tới và rút từ điểm gần nhất của bộ đôi. Các nhà thiên văn học phát hiện ra rằng sóng vô tuyến từ pulsar phù hợp với bức xạ gamma cực cao đến từ khu vực.
Theo ông Felix Aharonia thuộc Viện Vật lý hạt nhân Max Plank, Heidelberg Đức, hệ thống nhị phân này cho phép 'theo dõi trực tuyến' các quá trình tạo và kết thúc cực kỳ phức tạp của MHD (Magnetohydrodynamic) của gió xung siêu âm, cũng như hạt gia tốc bằng sóng xung kích tương đối tính, thông qua nghiên cứu các đặc tính phổ và thời gian của bức xạ gamma năng lượng cao của hệ thống. Về vấn đề này, hệ thống nhị phân PSR B1259-63 là một phòng thí nghiệm độc đáo để khám phá vật lý của gió pulsar.
Pulsar lần đầu tiên được phát hiện bởi một nhóm các nhà thiên văn học vào năm 1992 bằng cách sử dụng kính viễn vọng vô tuyến Parkes ở Úc. Máy bay phản lực từ của nó bay về phía Trái đất 20 lần một giây. Ngoài phát xạ vô tuyến, pulsar phát sóng tia X - ở các mức năng lượng khác nhau - trong toàn bộ quỹ đạo của nó. Những tia X này được cho là kết quả của bức xạ xảy ra khi từ trường xung pulsar có thể tương tác với các khí do người khổng lồ màu xanh đồng hành giải phóng.
Người khổng lồ xanh SS 2883 lần đầu tiên được phát hiện là bạn đồng hành với pulsar vào năm 1992. Nó có khối lượng gấp mười lần Mặt trời, nhưng có nhiệt độ cao và động cơ nhiệt hạch cháy nhanh. Nó quay rất nhanh và đẩy vật liệu ra khỏi đường xích đạo trên cơ sở lẻ tẻ. Theo bài báo ‘Khám phá về Binary Pulsar PSR B-1259-63, với H.E.S.S., các ngôi sao Be Be được biết là có các cơn gió sao không đẳng hướng tạo thành một đĩa xích đạo với dòng chảy khối tăng cường.
Bài báo tiếp tục nói rằng các phép đo thời gian của 11 cho thấy rằng đĩa nghiêng so với mặt phẳng quỹ đạo, góc độ của một quỹ đạo như vậy làm cho xung pulsar đi qua đĩa hai lần gần periastron. Và chính tại các điểm giao cắt này, mọi thứ thực sự bị xáo trộn khi từ trường xung pulsar bắt đầu tương tác với các hạt tích điện trong vùng xung kích ngược của ejecta sao.
Do đó, hệ thống này được cho là 'sự phân chia nhị phân' trong đó Trường Trường photon cường độ cao do ngôi sao đồng hành cung cấp không chỉ đóng vai trò quan trọng trong việc làm mát các electron tương đối mà còn đóng vai trò là mục tiêu hoàn hảo để sản xuất cao tia gamma tổng hợp thông qua tán xạ Compton (IC) nghịch đảo. Felix mở rộng khái niệm này bằng cách nói rằng, xung pulsar không bị cô lập mà nằm trong một hệ thống nhị phân gần với một ngôi sao quang học mạnh mẽ. Trong trường hợp này, do tương tác với gió sao dưới áp suất khí cao, gió pulsar chấm dứt trong hệ nhị phân nơi từ trường khá cao (khoảng 1 G, tức là lớn hơn 10.000 đến 100.000 lần so với các tiêu chuẩn). Hơn nữa, do sự hiện diện của ngôi sao quang học, các electron bị tổn thất nghiêm trọng trong quá trình tương tác (tán xạ Compton) với ánh sáng sao. Điều này làm cho thời gian tồn tại của điện tử rất ngắn, 1 giờ hoặc ít hơn. Tia gamma năng lượng cao cũng có thể được tạo ra bởi sự tương tác của các electron (và có lẽ cả proton) với khí dày đặc của đĩa sao (cũng trong khoảng thời gian khá ngắn!).
Là một phần tử nhị phân, hệ thống sao hiển thị chữ ký năng lượng trên phạm vi rộng dựa trên quỹ đạo lệch tâm xung và các biến thể rộng trong mật độ của vật chất xung quanh SS 2883 mà nó tương tác. Gần periastron, gió pulsar của Cold lạnh tương tác với plasma xung quanh, chấm dứt với việc tạo ra sóng xung kích tương đối, từ đó tăng tốc các hạt lên năng lượng cực cao, 1 TeV trở lên. Nhiệt trong các hạt này sau đó được làm mát bằng cách các photon tấn công các electron và positron chuyển động nhanh. Hiệu ứng tán xạ Compton nghịch đảo này mang lại năng lượng bằng cách khuếch đại tần số photon một cách điên cuồng. Nói một cách đơn giản, các photon của ánh sáng có thể nhìn thấy năng lượng thấp, được tăng lên mức năng lượng cao hơn nhiều - một số đạt được vùng volt điện tử của tia gamma trên / miền tia vũ trụ thấp hơn.
Trong khi đó, pulsar di chuyển ra khỏi khối chính, nó gặp các hạt tích điện ngày càng ít hơn, trong khi đó mật độ của các photon ánh sáng nhìn thấy được từ ngôi sao trung tâm cũng rơi ra. Khi điều này xảy ra, sự tán xạ của các photon bị giảm và bức xạ synchrotron bắt đầu chiếm ưu thế. Bởi vì điều này, các tia X ở mức năng lượng thấp hơn bắt đầu chi phối chữ ký năng lượng của hệ thống khi các xung chậm lại và di chuyển ra khỏi ngôi sao.
Cuối cùng, có hai chu kỳ trong quỹ đạo xung, nơi nó đi qua mặt phẳng xích đạo của đĩa hoàn cảnh khổng lồ màu xanh da trời. Những điểm chuyển tiếp này có thể dẫn đến việc tạo ra nhiều photon, electron, positron và thậm chí một số proton. Khi các hạt gia tốc tương đối được tạo ra, chúng lần lượt tương tác với một vùng có thể sinh ra vô số các hạt khác có khả năng phân hủy thành các photon năng lượng cao và các hạt khác.
Từ bài báo xuất bản ngày 13 tháng 6 năm 2005, Cho đến nay sự hiểu biết về lý thuyết của hệ thống phức tạp này, liên quan đến các luồng gió xung và sao tương tác với nhau khá hạn chế do thiếu các quan sát hạn chế. Nhưng bây giờ nhờ có IACTS (Kính thiên văn hình ảnh khí quyển Cherenkov) như H.E.S.S., các nhà thiên văn học hiện có thể phân giải nhiều nguồn tia gamma năng lượng cao gần điểm mới từ các hệ thống khác như PSR B-1259-63 / SS 2883.
Trong hệ thống PSR B-1259-63 / SS 2883, thiên nhiên dường như đã cung cấp cho các nhà thiên văn học - và các nhà vật lý - với phiên bản rất riêng của máy gia tốc hạt năng lượng siêu cao - một loại rất có chứa và khoảng cách an toàn với Trái đất.
Viết bởi Jeff Barbour
