Kaj se zgodi z rotacijo hitro vrtečih nevtronskih zvezd, ko dosežejo konec akrecijske faze? Zvezdna astrofizika je pomagala razložiti obnašanje taki imenovanih milisekundnih pulzarjev v dvojnih sistemih.
Nastanek milisekundnih pulzarjev je rezultat zvezdnega kanibalizma, kjer snov potuje od zvezde "darovalke" do hitro vrtečega se pulzarja v dvojnem sistemu. Pulzar oddaja X-žarke medtem ko se pospešuje do neverjetnih hitrosti vrtenja s periodo od 1 do 10 milisekund.
Astrofizik Thomas Tauris sodeluje tako na Argelanderjevem ištitutu za astronomijo kot tudi na Inštitutu Max Planck za radioastronomijo v Bonnu v Nemčiji. Z numeričnimi izračuni na podlagi evolucije zvezd in akrecijskih navorov je pokazal, da pulzar izgubi približno polovico svoje rotacijske energije tekom zadnje faze prenosa mase, preden "vklopi" svoj radijski snop. Ta rezultat se ujema s trenutnimi opazovanji, prav tako pa razloži, zakaj se zdijo pulzarji veliko starejši od belih pritlikavk, ostankov njihovih zvezd spremljevalk. Verjetno pa lahko v tem najdemo razlago tudi za dejstvo, da pulzarji s periodo, krajšo od milisekunde, sploh ne obstajajo. Rezultati so objavljeni v 3. februarski številki revije Science.
Milisekundni pulzarji so močno magnetizirane stare nevtronske zvezde v dvojnih sistemih, ki so se pospešile do visokih frekvenc s kopičenjem mase in vrtilne količine iz zvezde spremljevalke. Danes poznamo približno 200 takih pulzarjev, njihova perioda znaša od 1,4 do 10 milisekund. Nahajajo se tako v galaktičnem disku kot tudi v kroglastih zvezdnih kopicah.
Od odkritja prvega milisekundnega pulzarja leta 1982 je razlaga vrtilnih period, magnetnih polj in starosti teh pulzarjev za teoretične astrofizike velik izziv. Kot primer lahko navedemo problem "izklopa" - kaj se zgodi z rotacijo pulzarja, ko zvezda spremljevalka konča proces prenosa mase?
"Zdaj smo prvič združili podrobne numerične modele zvezdne evolucije z izračuni navora, ki deluje na rotirajoči pulzar, pravi Thomas Tauris, avtor omenjene raziskave. "Rezultat kaže, da milisekundni pulzarji izgubiijo približno polovico svoje rotacijske energije v tako imenovani fazi Rochejevih ovalov." Ta faza opisuje konec prenosa mase v dvojnem sistemu.
To je razlog, da bi se morali milisekundni pulzarji, ki oddajajo radijske valove, vrteti nekoliko počasneje od svojih predhodnikov, milisekundnih pulzarjev, ki oddajajo X-žarke, in še vedno sprejemajo snov iz spremljevalne zvezde. Točno to pa potrjujejo tudi opazovalni rezultati. Še več, nove ugotovitve nam pomagajo razumeti tudi, zakaj se nekateri milisekundni pulzarji zdijo celo starejši kot Vesolje samo ter morda tudi to, zakaj pod-milisekundni pulzarji sploh ne obstajajo.
Ključna pridobitev novih rezultatov je, da so uspeli pokazati, kako se rotirajoči pulzar uspe ustaviti iz svojega tako imenovanega "ravnotežnega" vrtena. V tej fazi se zmanjša masni prenos, kar povzroči razširitev polmera pulzarjeve magnetosfere, kar razpiha okoliški material kot propeler. Tako pulzar izgubi dodatno rotacijsko energijo, kar posledično zmanjša hitrost vrtenja.
"Pravzaprav bi brez te ugotovitve pričakovali, da se pulzarji med fazo Rocherjevih ovalov upočasnijo do period med 50 in 100 milisekund," še zaključuje Thomas Tauris. "To bi očitno nasprotovalo opazovalnim dokazom o obstoju milisekundnih pulzarjev."