Ce sunt pulsarii?

Primul pulsar a fost descoperit în 1967 de catre Jocelyn Bell Burnell si Antony Hewish de la Universitatea Cambridge. Cei doi au detectat un semnal regulat cu frecventa de un puls la câteva secunde, constând în pulsuri de radiatie electromagnetica – semnale radio. Steaua neutronica a fost denumita mai târziu CP 1919. Aceasta emite radiatie sub forma de unde radio, dar s-au descoperit pulsari care emit raze X si/sau raze gamma.

Astronomii au descoperit trei tipuri distincte de pulsari, dupa natura sursei de energie care alimenteaza radiatia:

1. Pulsarii de rotatie: pierderea energiei de rotatie alimenteaza radiatia
2. Pulsarii de acumulare: (în principal pulsarii cu raze X) energia potentiala a materiei acumulate alimenteaza radiatia
3. Magnetarii: slabirea unui câmp magnetic puternic alimenteaza radiatia.

Pulsarii sunt stele intr-o faza de evolutie terminala, cand datorita incapacitatii de a produce suficienta energie prin reactiile termonucleare stelele se comprima ajungand extrem de mici si dense. Pulsarul e una din variantele de evolutie a unei stele.

Asa cum se stie, stelele sunt sfere imense de gaz in care au loc reactii termonucleare de fuziune. Aceste sfere de gaz au tendinta de a se comprima continuu datorita fortelor gravitationale, care in spatiu tind sa comprime un nor de materie in el insusi. In cursul acestor comprimari se ating la un moment dat conditiile pentru pornirea reactilor termonucleare, moment in care o sfera de gaz devine o stea.

Odata cu pornirea acestor reactii termonucleare apare o presiune de radiatie generata de aceste reactii care tinde sa contracareze tendinta de compactare data de gravitatie. Cele doua forte la un moment dat ating un echilibru si noua stea atinge astfel o dimensiune relativ fixa pastrata de echilibrul celor doua forte. Reactiile termonucleare consuma insa din hidrogenul aflat in stea transformandu-l in heliu. Acesta poate si el lua parte la alte tipuri de reactii termonucleare dar care se pornesc doar in anumite conditii mai stricte decat cele bazate pe hidrogen. Astfel in unele situatii materialul rezultat poate fi refolosit in alte reactii termonucleare. Fenomenul se poate repeta pana la un punct.

In general tipurile de reactii ,posibile sau nu, intr-o stea sunt date de parametrii acelui obiect, un parametru determinant in evolutia unei stele fiind masa pe care o are. Tot in functie de masa o stea va urma o cale sau alta in evolutia sa.  

O perioada indelungata de timp steaua se va pastra in echilibru datorita reactilor termonucleare. Acestea insa se vor opri la un moment sau altul readucand steaua intr-o stare de instabilitate. In acest moment unele tipuri de stele trec printr-un fenomen de supernova emitand pentru scurt timp o cantitate imensa de energie in spatiu, dupa care se prabusesc rapid in ele insele (are loc deci un fel de implozie). Se pare ca stelele avand mase intre 1.5 si 3.2 mase solare vor urma acest drum si mai mult se vor transforma in pulsarii despre care discutam. In cazul maselor mai mici, respectiv mai mari, evolutiile sunt diferite putand duce la stele pitice albe respectiv la gauri negre sau alte obiecte exotice. Dar sa revenim la pulsarii despre care discutam in acest articol.

Odata ce steaua intra in colaps gravitational ea va atinge un alt punct de echilibru doar cand alte forte decat cele generate de reactiile termonucleare vor contracara acest colaps. In cazul pulsarilor materia se comprima atat de tare incat inclusiv atomii din care este constituita devin extrem de comprimati ajungandu-se ca miezul acestor stele sa fie practic format din neutroni aglomeratii unii langa ceilalti care insa opun rezistenta la a mai fi comprimati. Practic materia asa cum o stim la nivel atomic este modificata ajungandu-se la o aglomerare de nuclee atomice (de fapt doar neutroni) fara spatiu intre ele si fara electroni. Se ajunge astfel la densitati imense, o astfel de stea avand dimensiuni de circa 10km si o densitate atat de mare incat o lingurita de materie cantareste cat 900 de piramide egiptene. Datorita legilor conservarii momentului cinetic acest obiect care isi pastreaza masa dar isi micsoreaza extrem de mult raza va incepe sa se invarta extrem de rapid (legile conservarii momentului cinetic ne spun ca produsul dintre raza, masa si viteza de rotatie a unui corp este constanta, deci daca masa e constanta si raza scade, viteza va creste proportional). Mai mult acest obiect va poseda si un camp magnetic extrem de puternic si se va numi de fapt stea neutronica. O parte din aceste stele neutronice vor emite de-a lungul polilor campului magnetic un flux de energie electromagnetica pe diverse lungimi de unda care pot diferi de la un obiect la altul. De asemenea viteza de rotatie poate sa difere (avand o perioada de rotatie intre 1.4 milisecunde si 30 de secunde).

Axa polilor magnetici insa nu corespunde intotdeauna cu cea de rotatie facand ca acest flux de energie sa se roteasca extrem de rapid odata cu pulsarul formand astfel un veritabil far cosmic, a carui „raza” de lumina o vom vedea (sau auzii cu radiotelescoapele) doar cand este indreptata catre noi. Se ajunge astfel la fenomenul de pulsar despre care discutam. De mentionat ca nu toate stelele neutronice sunt obervabile ca si pulsari. Acest lucru poate fi cauzat de faptul ca fluxul de energie nu este directionat niciodata catre noi, sau de faptul ca acest flux de energie nu va fi emis la nesfarsit. El produce o pierdere de energie pulsarului care la un moment dat nu va mai fi capabil sa emita acest flux de energie fenomentul incetand desi steaua neutronica va continua sa existe.