Pulsar - najdokładniejszy zegar świata

Cechą charakterystyczną pulsarów jest wysyłanie przez nie, w niewielkich, acz regularnych odstępach czasu, impulsów promieniowania elektromagnetycznego, najpowszechniej radiowego, jednak niekiedy są również źródłem promieniowania X, czyli Roentgena lub optycznego, czyli widzialnego. Promieniowanie pulsarów wysyłane jest w postaci niezwykle krótkich impulsów, z których każdy trwa poniżej 4 sekund.

Częstotliwość obserwowanych impulsów jest odmienna dla każdego ze znanych pulsarów, jednak wyróżniająca jest powtarzalność i precyzyjność, która w licznych przypadkach nie pozwala na stwierdzenie żadnych, nawet najmniejszych odchyleń.

Podstawowa teoria określa pulsary jako intensywnie, szybko wirujące gwiazdy neutronowe, czy element stanowiący pozostałość po wybuchu supernowej. Pulsary są ciałami niebieskimi o wysokiej prędkości obrotowej, która ma bezpośredni związek z zasadą zachowania pędu. Według tego założenia posiadają one silne pole magnetyczne oraz emitują w przestrzeń promieniowanie, które stanowi konsekwencję utraty energii obrotowej.

Na skutek oddziaływania silnego pola magnetycznego dochodzi do zgromadzenia się naładowanych cząsteczek, w okolicach magnetycznych biegunów danego pulsara, a to z kolei wyjaśnia emisję promieniowania przez bieguny magnetyczne jako dwa ukierunkowane strumienie (dżety).

Wiązki promieniowania mają taki sam okres obrotu, co wynika z nachylenia znajdującej się w nim osi magnetycznej w stosunku do osi jego rotacji. Dzięki tej zależności na Ziemi odbieramy promieniowanie w postaci impulsów.

Gdy dochodzi do wybuchu supernowej, wyrzucona zostaje zewnętrzna część materii, natomiast samo jądro ulega zapadnięciu, co oznacza, że zmniejszeniu ulega jego moment bezwładności, co z kolei powoduje wzrost prędkości kątowej obrotu.

Ilość pulsarów obecnych w przestrzeni kosmicznej jest trudna do zliczenia i z pewnością nie znaleźliśmy jeszcze większości z nich. Przypuszcza się, że w obrębie samej drogi mlecznej znajduje się ich około 1000, jednak poznaliśmy mniej niż 400.

Wśród zaobserwowanych do dziś gwiazd neutronowych emitujących promieniowanie najszybszy, jaki zanotowano, posiadał okres 0,0016 sekundy.

Ogólna waga każdego z pulsarów jest zbliżona do masy słońca, jednak posiadają one zwykle średnicę, która nie przekracza 20 kilometrów, co z kolei oznacza wysoką gęstość tych struktur, określaną w okolicach miliarda ton na centymetr sześcienny.

Możemy dokonać podziału pulsarów na dwie silnie odróżniające się od siebie grupy:

1. Pulsary z dość długim czasem obrotu, który ulega stopniowemu wydłużeniu wraz z upływem czasu — mniej więcej 1 sekunda. Przykładem dla tego rodzaju może być Pulsar należący do mgławicy Krab.

2. Pulsary milisekundowe - jak już sama nazwa wskazuje, posiadają one wyjątkowo krótki czas obrotu.

Charakterystyczne jest dla nich występowanie w podwójnych układach w połączeniu z innymi gwiazdami, które dokonują przekazywania części swojej materii do Pulsara, dzięki czemu ma on możliwość uzyskania wysokiej prędkości rotacji.

Badania naukowe i obserwacja kosmosu pokazała również, że wokół pulsarów mogą krążyć planety. Do odkrycia pierwszego takiego obiektu, zlokalizowanego dodatkowo poza Układem Słonecznym, doszło w latach 1991-1992, a za znalezisko odpowiedzialni byli Aleksander Wolszczan oraz Dale Frail.

Do roku 2015 udało się odnaleźć aż 7 pulsarów, które są okrążane przez planety. Teoria mówi, iż powstają one z dysku, który formuje się dookoła pulsara z materii, która została z niego wyrzucona w czasie wybuchu supernowej.

Ludzie nieustannie szukają odpowiedniego miejsca do osiedlenia się w kosmosie, drugiej Ziemi, na którą można by przenieść człowieka, jeśli doprowadzimy do zniszczenia naszej planety. Jednak te, które znajdują się wokół pulsarów, nie nadają się do zamieszczania, z uwagi na silne promieniowanie, jakie emitują te gwiazdy neutronowe.

W celu obserwowania, poznawania i znajdowania nowych Pulsarów konieczne jest korzystanie z radioteleskopów oraz wielkich anten, które służą do rejestracji promieniowania kosmicznego.

Wykorzystywanie niezwykle dokładnej aparatury dało ludzkości możliwość precyzyjnego zbadania licznych zjawisk, jakie zachodzą w obrębie gwiazd neutronowych.

Za jedno z ciekawszych, tego rodzaju zjawisk można uznać trzęsienie gwiazd, czyli zmiany w obrębie kształtu sztywnej skorupy, jaką posiadają, co skutkuje wystąpieniem niewielkich zaburzeń w obrębie prędkości rotacji.

Za ciekawą propozycję można uznać zastosowanie szybko obracających się zegarów dla dokładnego sprawdzenia oraz dopracowania ziemskich zegarów atomowych. Dla osiągnięcia takiego celu konieczne będzie prowadzenie kilkunastoletniej obserwacji milisekundowych pulsarów i dokonanie porównania ich regularnych sygnałów z używanymi na ziemi zegarkami.

Szacuje się, że dokładne wskazania, jakie umożliwiłoby korzystanie z pulsarowych zegarków, byłoby nawet o 100 razy bardziej precyzyjne niżeli wskazania, jakie uzyskujemy dzięki zegarom atomowym.

Pulsary są więc rodzajem gwiazdy, która w sposób uwarunkowany i wytłumaczalny przez prawa fizyki emituje promieniowanie radiowe. Niezwykle ważna jest dokładność impulsów, jakie notowane są w przypadku różnych z nich. Mogą mieć odmienną prędkość obrotową, jednak emisja jest tak regularna, że nastawione zgodnie z prowadzoną obserwacją zegarki byłby tak dokładne, że atomowe nie dorastałyby im do pięt. Wokół pulsarów pojawiają się planety - jednak z pewnością nie nadają się do zamieszkania z uwagi na promieniowanie, jakie w tych rejonach występuje.

Nieustannie poszukujemy dróg, które pozwoliłyby nam świadomie i praktycznie wykorzystać wiedzę, jaką zdobyliśmy w kwestii pulsarów.

Jedna z teorii stawia je w roli punktów nawigacyjnych w przestrzeni kosmicznej, czyli istotnego elementu dobrze zorganizowanego systemu, w którym zaczynamy coraz sprawniej się poruszać i zdobywamy na jego temat coraz większą wiedzę.