Opažena svjetlost dosad najveće energije

Znanstvenici s opservatorija MAGIC (Major Atmospheric Gamma-ray Imaging Cherenkov) otkrili su pulsno elektromagnetsko zračenje najvećih dosad opaženih energija koje emitira neutronska zvijezda u središtu supernove uočene 1054. godine, poznate kao Rakov pulsar.

Nova mjerenja otkrila su elektromagnetsko zračenje energija nekoliko puta većih od najvećih energija iz prethodnih opažanja, što nije predviđeno ni jednim dosadašnjim teorijskim modelom emisije elektromagnetskog zračenja iz pulsara ili neutronskih zvijezda.

Koautori rada o ovome, objavljenog u časopisu Astronomy&Astrophysics, su i osmero hrvatskih znanstvenika sa sveučilišta u Zagrebu, Rijeci i Splitu.

Rakov pulsar je ostatak zvijezde koja je u eksploziji supernove stvorila Rakovu maglicu. Taj je pulsar 50% masivniji od Sunca, ali je zbijen u kuglu promjera od samo 10 km, koja načini 30 okretaja oko svoje osi u sekundi. Okružen je kolosalnim magnetskim poljem, koje je deset tisuća milijardi puta jače od magnetskog polja Sunca. Ovo snažno magnetsko polje dominantno određuje gibanje nabijenih čestica te ih prisiljava na rotaciju istom briznom kojom rotira i površina pulsara. To područje oko pulsara nazivamo magnetosferom. Rotirajuće magnetsko polje stvara intenzivno električno polje toliko snažno da čupa elektrone s površine pulsara. Ti elektroni koji se ubrzano gibanju s površine pulsara, kao i svaki naboj pri ubrzanom gibanju, emitiraju snop elektromagnetskog zračenja kojega uočimo svaki put kad prolazi kroz naše vidno polje, slično kao što uočavamo svjetlosni snop koji emitira svjetionik.

Opservatoriji MAGIC i VERITAS neočekivano su otkrili, 2011. godine, fotone ogromnih energija, kvante elektromagnetskog zračenja emitirane iz Rakovog pulsara. Emma de Oña Wilhelmi iz Instituta za svemirske znanosti (IEEC-CSIC, Barcelona), glavni istraživač ovoga programa opažanja, kaže: “Proveli smo temeljita opažanja Rakovog pulsara teleskopima MAGIC kako bismo razumjeli ovu pojavu i izmjerili najveću energiju pulsnog elektromagnetskog zračenja”. Roberta Zanin iz ICCUB-IEEC, Barcelona, nadopunjuje: “Nova mjerenja otkrila su elektromagnetsko zračenje energija nekoliko puta većih od najvećih energija iz prethodnih opažanja, iznad TeV (TeV je energija koju bi imao elektron ubrzan naponom od tisuću milijardi volti), a što nije predviđeno ni jednim dosadašnjim teorijskim modelom emisije elektromagnetskog zračenja iz pulsara ili neutronskih zvijezda.

Uočena su dva precizna snopa fotona takvih energija koja bi trebala nastajati izvan površine neutronske zvijezde, odnosno na samom rubu magnetosfere, ili čak izvan magnetosfere. Na taj bi način put na kojem elektron ubrzava bio dovoljno dugačak za nastanak elektromagnetskog zračenja tako ogromnih energija, a zračenje ne bi bilo apsorbirano u iznimno snažnom magnetskom polju unutar magnetosfere. Iznenađujuće je da snopovi elektromagnetskog zračenja na energijama TeV dolaze istovremeno sa snopovima elektromagnetskog zračenja manjih energija, kao što su X-zrake čije su energije milijune puta manje, a koji su najvjerojatnije nastali unutar same magnetosfere. Ova precizna sinkronizacija snopova elektromagnetskog zračenja na svim energijama, od radiovalova pa do gama-zraka, ukazuje da oni dolaze iz istog, relativno malog područja emisije. Daniel Galindo Fernandez (ICCUB-IEEC, Barcelona), kaže: “Gdje i kako nastaje emisija elektromagnetskog zračenja energija TeV, još uvijek nam nije poznato i teško je to objasniti postojećim teorijama”. David Carreto Fidalgo, sa Sveučilišta Complutense u Madridu, dodaje: “Pitanje gdje je to malo područje i koji su fizički procesi odgovorni za taj učinak predstavlja veliki izazov našem znanju fizike”.

Glasnogovornik kolaboracije MAGIC, Razmik Mirzoyan s Instituta za fiziku Max Planck u Münchenu, kaže: “Ovo je još jedan iznimno važan rezultat kolaboracije MAGIC o zagonetnom nebeskom tijelu koje je, usput rečeno, drugi objekt nakon Sunca koji je najviše istražen u svim područjima energija elektromagnetskog zračenja. Od samog početka rada eksperimenta MAGIC, od 2004. godine, intenzivno smo opažali Rakovu maglicu i Rakov pulsar. I to se zaista isplatilo. Otkrili smo značajna svojstva ovog objekta i tako podastrijeli bitne informacije našim kolegama teoretičarima kako bi objasnili što se tamo događa”. MAGIC je osmišljen da bude najprikladniji instrument među teleskopima toga tipa baš za ovakavu vrstu opažanja.” Visokoenergijske gama-zrake su, kako ističe Nikola Godinović, glasnici najsilovitijih procesa u svemiru te nam omogućavaju proučavanje fizičkih procesa koji se odvijaju u ekstremnim uvjetima ogromnih gustoća masa i energija koje je nemoguće realizirati u laboratorijima, a koji vladuju u području neutronskih zvijezda kao što je ovdje slučaj. Rakov pulsar je opažan kroz dulji vremenski period te je bilo potrebno pažljivo isplanirati i optimizirati vrijeme opažanja vodeći računa i o transparetnosti atmosfere i dodijeljenom vremenu opažanja drugih izvora, navodi Dijana Dominis Prester, glavni planer opažanja teleskopima MAGIC. Ana Babić navodi da kao zamjenik voditelja za rad i sigurnost teleskopa MAGIC svakodnevno detaljano prati sve relevantne parametere ovih složenih instrumenata kako bi se održala visoka razina pouzdanosti i stabilnosti perfomanci teleskopa, a što je omogućilo da se prikupe kvalitetni podaci iz Rakovog pulsara zahvaljujući i softverskom alatu kojeg je razvila i održava hrvatska grupa.