Gambar HESS dari pasangan biner PSR B-1259-63 / SS 2883. Kredit gambar: HESS. Klik untuk memperbesar.
Pasangan biner PSR B-1259-63 / SS 2883 terletak sekitar 5.000 tahun cahaya dalam arah umum dari konstelasi belahan bumi selatan Crux (Southern Cross). Duo ini terdiri dari pulsar (PSR B-1259) dan raksasa biru besar (SS 2883) yang dikunci dalam tarian yang berayun secara luas yang mengulangi langkah setiap 3,4 tahun. Orbit pulsar dari primer yang lebih masif begitu eksentrik sehingga pasangan melewati dalam 100 juta kilometer pada pendekatan terdekat dan mereka berpisah kira-kira sepuluh kali jarak pada titik terjauh mereka. Selama pendekatan terdekat, sinyal dari pulsar turun secara signifikan karena dikalahkan oleh raksasa biru besar.
Para pengamat yang menggunakan Sistem Stereoscopic Energi Tinggi (HESS) setinggi 12,5 meter merekam tarian pasangan ini selama malam tanpa bulan dari Februari hingga April 2004, dan mengatur waktu ketika pulsar mendekat dan mundur dari titik terdekat duo itu. Para astronom menemukan bahwa gelombang radio dari pulsar cocok dengan radiasi gamma ultra-tinggi yang datang dari wilayah tersebut.
Menurut Felix Aharonian dari Institut Max Plank untuk Fisika Nuklir, Heidelberg Jerman, sistem biner ini "memungkinkan 'on-line watch' dari proses pembuatan dan pemutusan MHD (magnetohydrodynamic) yang sangat kompleks, serta penghentian angin pulsar ultrarelativistik, serta partikel akselerasi oleh gelombang kejut relativistik, melalui studi karakteristik spektral dan temporal dari radiasi gamma energi tinggi dari sistem. Dalam hal ini sistem biner PSR B1259-63 adalah laboratorium yang unik untuk mengeksplorasi fisika angin pulsar. ”
Pulsar pertama kali terdeteksi oleh tim astronom pada tahun 1992 menggunakan teleskop radio Parkes di Australia. Jet magnetnya diarahkan ke Bumi 20 kali per detik. Selain emisi radio, pulsar menyiarkan sinar-X - pada berbagai tingkat energi - di seluruh orbitnya. Sinar-X ini dianggap sebagai hasil dari radiasi yang terjadi ketika medan magnet pulsar berinteraksi dengan gas yang dilepaskan oleh raksasa biru yang menyertainya.
Raksasa biru SS 2883 pertama kali ditemukan menjadi pendamping pulsar pada tahun 1992. Ini sepuluh kali massa Matahari, tetapi memiliki suhu tinggi dan mesin fusi yang terbakar dengan cepat. Berputar sangat cepat dan mengeluarkan material dari ekuatornya secara sporadis. Menurut makalah ‘Penemuan Binary Pulsar PSR B-1259-63 ... dengan H.E.S.S.’, “Jadilah bintang diketahui memiliki angin bintang non-isotropik yang membentuk cakram khatulistiwa dengan peningkatan aliran massa.”
Makalah selanjutnya mengatakan bahwa "pengukuran waktu menunjukkan bahwa disk cenderung terhadap bidang orbital ..." kecenderungan orbital tersebut menyebabkan "pulsar melintasi disk dua kali dekat periastron." Dan di persimpangan inilah hal-hal yang benar-benar dapat diatasi ketika medan magnet pulsar mulai berinteraksi dengan partikel bermuatan di daerah guncangan terbalik dari ejecta bintang.
Akibatnya, sistem ini dikatakan sebagai 'biner plerion' di mana “Medan foton intens yang disediakan oleh bintang pendamping tidak hanya memainkan peran penting dalam pendinginan elektron relativistik tetapi juga berfungsi sebagai target sempurna untuk produksi tinggi Sinar gamma yang kuat melalui hamburan Compton (IC) terbalik. ” Felix memperluas gagasan ini dengan mengatakan bahwa “pulsar tidak terisolasi, tetapi terletak di sistem biner dekat dengan bintang optik yang kuat. Dalam hal ini, karena interaksi dengan angin bintang di bawah tekanan gas tinggi, angin pulsar berakhir di dalam sistem biner di mana medan magnetnya cukup tinggi (kira-kira 1 G, yaitu 10.000 hingga 100.000 kali lebih besar dari pada pemasangan standar). Selain itu, karena kehadiran bintang optik, elektron mengalami kerugian besar selama interaksi (hamburan Compton) dengan cahaya bintang. Ini membuat masa pakai elektron sangat singkat, 1 jam atau kurang. Sinar gamma berenergi tinggi dapat dihasilkan juga oleh interaksi elektron (dan mungkin juga proton) dengan gas padat dari cakram bintang (juga pada rentang waktu yang cukup singkat!). "
Sebagai plerion biner, sistem bintang menampilkan tanda tangan energi rentang luas berdasarkan orbit eksentrik pulsar dan variasi luas dalam densitas materi circumstellar di sekitar SS 2883 yang berinteraksi dengannya. Dekat periastron, Angin pulsar "dingin" berinteraksi dengan plasma ambien, berakhir dengan penciptaan gelombang kejut relativistik yang pada gilirannya mempercepat partikel menjadi energi yang sangat tinggi, 1 TeV atau lebih. Panas dalam partikel-partikel ini kemudian 'didinginkan' ketika foton menyerang elektron dan positron yang bergerak cepat. Efek hamburan Compton terbalik ini menghilangkan energi dengan memperkuat frekuensi foton secara liar. Sederhananya, foton "cahaya tampak" berenergi rendah ditingkatkan ke tingkat energi yang jauh lebih tinggi - beberapa mencapai wilayah volt terra-elektron dari sinar gamma atas / domain sinar kosmik yang lebih rendah.
Sementara itu ketika pulsar bergerak menjauh dari bintang utama, ia menghadapi semakin sedikit partikel bermuatan, sementara itu kerapatan foton cahaya tampak dari bintang pusat juga jatuh. Ketika ini terjadi, hamburan foton berkurang dan radiasi synchrotron mulai mendominasi. Karena itu, sinar-X tingkat daya yang lebih rendah mulai mendominasi tanda tangan energi sistem ketika pulsar melambat dan bergerak menjauh dari bintang.
Akhirnya, ada dua periode dalam orbit pulsar di mana ia melintasi bidang khatulistiwa dari cakram circumstellar raksasa biru itu. Titik-titik transisi ini dapat menghasilkan banyak foton, elektron, positron, dan bahkan beberapa proton yang berenergi super. Ketika partikel yang dipercepat secara relativistik diciptakan, mereka pada gilirannya berinteraksi dengan daerah yang mampu memunculkan banyak partikel lain yang mampu terurai menjadi foton energi tinggi dan partikel lain.
Dari makalah yang diterbitkan 13 Juni 2005, "Sampai sekarang pemahaman teoritis dari sistem yang kompleks ini, yang melibatkan angin pulsar dan bintang yang berinteraksi satu sama lain sangat terbatas karena kurangnya pengamatan yang membatasi." Tetapi sekarang karena IACTS (Imaging Atmospheric Cherenkov Telescopes) seperti H.E.S.S., para astronom sekarang dapat menyelesaikan banyak sumber titik dekat baru dari sinar gamma energi tinggi dari sistem lain seperti PSR B-1259-63 / SS 2883.
Dalam sistem PSR B-1259-63 / SS 2883, alam tampaknya telah memberi para astronom - dan fisikawan - versi miliknya sendiri sebuah akselerator partikel energi super tinggi - yang untungnya berisi dengan baik dan jarak yang aman dari Bumi.
Ditulis oleh Jeff Barbour
