HESS-afbeelding van binair paar PSR B-1259-63 / SS 2883. Afbeelding tegoed: HESS. Klik om te vergroten.
Het binaire paar PSR B-1259-63 / SS 2883 bevindt zich op een afstand van ongeveer 5.000 lichtjaar in de algemene richting van het sterrenbeeld Crux op het zuidelijk halfrond (het Zuiderkruis). Het duo bestaat uit een pulsar (PSR B-1259) en een enorme blauwe reus (SS 2883) die is opgesloten in een wijd swingende dans die elke 3,4 jaar stappen herhaalt. De baan van de pulsar van de zwaardere primaire is zo excentriek dat het paar binnen 100 miljoen kilometer passeert op de dichtstbijzijnde nadering en ze scheiden ongeveer tien keer die afstand op hun verste punt. Tijdens de dichtstbijzijnde nadering vallen de signalen van de pulsar aanzienlijk af wanneer deze wordt overschaduwd door de enorme blauwe reus.
Waarnemers die het 12,5 meter hoge energie stereoscopische systeem (HESS) gebruikten, registreerden de dans van het paar tijdens maanloze nachten van februari tot april 2004, en timden ze toen de pulsar naderde en zich terugtrok van het dichtstbijzijnde punt van het duo. De astronomen ontdekten dat radiogolven van de pulsar overeenkwamen met ultrahoge gammastraling uit de regio.
Volgens Felix Aharonian van het Max Plank Institute for Nuclear Physics, Heidelberg Duitsland, maakt dit binaire systeem 'on-line kijken' mogelijk van de uiterst complexe MHD (magnetohydrodynamische) processen van creatie en beëindiging van de ultrarelativistische pulsarwind, evenals deeltjes versnelling door relativistische schokgolven, door de studie van spectrale en temporele kenmerken van de hoogenergetische gammastraling van het systeem. In dit opzicht is het binaire systeem PSR B1259-63 een uniek laboratorium om de fysica van de pulsarwinden te verkennen. ”
De pulsar werd in 1992 voor het eerst gedetecteerd door een team van astronomen met behulp van de Parkes-radiotelescoop in Australië. De magnetische straal richt zich 20 keer per seconde op de aarde. Naast radio-uitzending zendt de pulsar röntgenstralen uit - op verschillende energieniveaus - door zijn baan. Aangenomen wordt dat deze röntgenstralen het resultaat zijn van straling die optreedt wanneer het magnetische veld van de pulsar interageert met gassen die vrijkomen door de begeleidende blauwe reus.
De blauwe reus SS 2883 werd voor het eerst ontdekt als een metgezel bij de pulsar in 1992. Het is tien keer de massa van de zon, maar heeft hoge temperaturen en een snel brandende fusiemotor. Het roteert zeer snel en werpt sporadisch materiaal uit zijn evenaar. Volgens het artikel 'Discovery of the Binary Pulsar PSR B-1259-63 ... with H.E.S.S.', is het bekend dat 'Be stars niet-isotrope stellaire winden hebben die een equatoriale schijf vormen met een verbeterde massa-uitstroom.'
Het artikel gaat verder met te zeggen dat "timingmetingen suggereren dat de schijf schuin staat ten opzichte van het orbitale vlak ..." een dergelijke orbitale helling veroorzaakt dat de "pulsar de schijf twee keer kruist in de buurt van periastron". En het is bij deze kruisingen dat dingen echt opgevoerd worden als het magnetische veld van de pulsar begint te interageren met geladen deeltjes in het omgekeerde schokgebied van de stellaire ejecta.
Dientengevolge wordt dit systeem een 'binaire plerion' genoemd, waarbij 'het intense fotonenveld van de begeleidende ster niet alleen een belangrijke rol speelt bij het koelen van relativistische elektronen, maar ook dient als het perfecte doelwit voor de productie van hoge -energie gammastraling door inverse Compton (IC) verstrooiing. ” Felix breidt dit idee verder uit door te zeggen dat “de pulsar niet geïsoleerd is, maar in een binair systeem dichtbij een krachtige optische ster zit. In dit geval, vanwege interactie met de stellaire wind onder hoge gasdruk, eindigt de pulsarwind binnen het binaire systeem waar het magnetische veld vrij hoog is (ongeveer 1 G, d.w.z. 10.000 tot 100.000 keer groter dan in standaard plerions). Bovendien lijden de elektronen vanwege de aanwezigheid van de optische ster aan zware verliezen tijdens interacties (Compton-verstrooiing) met sterrenlicht. Dit maakt de levensduur van elektronen erg kort, 1 uur of minder. Gammastralen met hoge energie kunnen ook worden geproduceerd door interacties van elektronen (en misschien ook protonen) met het dichte gas van de stellaire schijf (ook op vrij korte tijdschalen!). ”
Als een binaire plerion vertoont het sterrenstelsel een brede energiesignatuur gebaseerd op de excentrische baan van de pulsar en grote variaties in de dichtheid van circumstellaire materie rond SS 2883 waarmee het samenwerkt. In de buurt van periastron eindigt de 'koude' pulsarwind die in wisselwerking staat met het omgevingsplasma, met het ontstaan van een relativistische schokgolf die op zijn beurt deeltjes versnelt tot extreem hoge energieën, 1 TeV of meer. Warmte in deze deeltjes wordt vervolgens 'gekoeld' wanneer fotonen snel bewegende elektronen en positronen raken. Dit inverse Compton verstrooiingseffect voert energie af door de fotonfrequenties wild te versterken. Simpel gezegd, fotonen van laag-energetisch "zichtbaar licht" worden opgevoerd tot veel hogere energieniveaus - sommige bereiken het terra-elektronenvoltgebied van het hogere gammastraal / lagere kosmische stralingsdomein.
Ondertussen komt de pulsar weg van de stellaire primair en komt hij steeds minder geladen deeltjes tegen, terwijl de dichtheid van zichtbare lichtfotonen van de centrale ster ook afneemt. Als dit gebeurt, wordt de verstrooiing van fotonen verminderd en begint de synchrotronstraling te domineren. Hierdoor beginnen röntgenstralen met een lager energieniveau de energiesignatuur van het systeem te domineren naarmate de pulsar vertraagt en zich van de ster verwijdert.
Ten slotte zijn er twee perioden in de pulsars-baan waar deze het equatoriale vlak van de circumstellaire schijf van de blauwe reus kruist. Deze overgangspunten kunnen resulteren in de creatie van talloze supergeactiveerde fotonen, elektronen, positronen en zelfs enkele protonen. Wanneer relativistisch versnelde deeltjes worden gemaakt, werken ze op hun beurt samen met een regio die in staat is een groot aantal andere deeltjes voort te brengen die in staat zijn om af te breken tot hoogenergetische fotonen en andere deeltjes.
Uit het artikel dat op 13 juni 2005 is gepubliceerd: "Tot nu toe is het theoretische begrip van dit complexe systeem, waarbij pulsaire en stellaire winden met elkaar in wisselwerking staan, vrij beperkt vanwege het gebrek aan dwingende waarnemingen." Maar nu dankzij IACTS (Imaging Atmospheric Cherenkov Telescopes) zoals H.E.S.S., zijn astronomen nu in staat om veel nieuwe nabije-puntbronnen van gammastralen met hoge energie op te lossen uit andere systemen zoals PSR B-1259-63 / SS 2883.
In het PSR B-1259-63 / SS 2883-systeem lijkt de natuur astronomen - en natuurkundigen - te hebben voorzien van haar eigen versie van een deeltjesversneller met superhoge energie - een die gelukkig goed is ingesloten en op een veilige afstand van de aarde.
Geschreven door Jeff Barbour
