Pulsarer är neutronstjärnor som snurrar snabbt och producerar enorm elektromagnetisk strålning i en smal stråle. Neutronstjärnor är mycket täta och har korta, regelbundna snurrar. Detta ger ett mycket exakt intervall mellan pulserna som varierar från ungefär millisekunder till sekunder för en enskild pulsar. Pulsen kan endast ses om jorden befinner sig tillräckligt nära strålens riktning. På samma sätt som du bara kan se en fyr när strålen lyser i din riktning.

Pulserna matchar stjärnans vändningar. Snurrandet orsakar en fyrtornseffekt, eftersom strålningen bara syns med korta intervaller. Werner Becker från Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics sade nyligen att pulsarer fungerar som mycket precisa kosmiska klockor, vars regelbundenhet gör dem ovärderliga för astronomiska mätningar och fysikaliska tester.

Hur bildas pulsarer?

Pulsarer bildas när en tung stjärna exploderar som en supernova och dess kärna kollapsar till en neutronstjärna. Under kollapsen koncentreras nästan all stjärnans massa i en boll med radie på ungefär 10–20 kilometer, vilket ger extrem täthet och mycket stark gravitation. Bevarandet av rörelsemängdsmoment gör att den nybildade neutronstjärnan börjar rotera mycket snabbt — ibland hundratals gånger per sekund. Den kraftiga magnetfältet som ofta följer med stjärnan kanaliserar laddade partiklar längs magnetpolerna och skapar de smala strålar av elektromagnetisk strålning som vi uppfattar som pulser.

Typer av pulsarer

  • Radio-pulsarer: Vanligast observerade i radiovågor. De visar regelbundna pulser som kan följas över lång tid.
  • Millisekundpulsarer: Mycket snabba pulsarer med rotationsperioder på några millisekunder. Dessa har ofta återuppmattats eller "recycle:ats" genom massöverföring i ett binärt system.
  • Magnetarer: Extremt kraftfulla magnetfält (10¹³–10¹⁵ gauss) och oftare observerade i röntgen eller gamma; de visar ibland utbrott och okonventionellt beteende.
  • Binära pulsarer: Pulsarer i ett system med en följeslagare (t.ex. en annan neutronstjärna eller en vit dvärg). Sådana system är viktiga för att testa gravitationsteori.

Hur observerar vi pulsarer?

Pulsarer detekteras på flera våglängder: radioteleskop är vanligast, men många pulsarer syns också i optiskt, röntgen- och gammaområdet. Exempel på observationsmetoder och fenomen:

  • Registrera pulsernas tidpunkter (puls-TOA, time of arrival) för att bestämma rotationsperiod och eventuella förändringar.
  • Mäta periodderivatan (hur snabbt pulsens rotation saktar ner) för att uppskatta energiförlust och magnetfältstyrka.
  • Studera pulssignaturens form (pulse profile) som kan ge information om magnetfältets geometri och strålningsmekanismer.
  • Använda pulsartiming i binära system för att mäta massor och relativistiska effekter (t.ex. tidsförskjutning och perihelförskjutning).

Varför är pulsarer viktiga?

  • Extrem precision: Vissa millisekundpulsarer är så regelbundna att de kan användas som kosmiska klockor och referenser i astrometri.
  • Test av relativitetsteori: Binära pulsarsystem (t.ex. Hulse–Taylor-pulsaren) har gett starka bevis för energiförlust via gravitationsvågor, i enlighet med Einsteins allmänna relativitetsteori.
  • Upptäckt av gravitationsvågor: Pulsartiming-arrayer, som kombinerar noggranna mätningar av många millisekundpulsarer, används för att söka långperiodiska gravitationsvågor från supermassiva svarta hål.
  • Inblick i extrem fysik: Pulsarer ger unika laboratorier för att studera materia vid mycket hög densitet, starka magnetfält och partikelaccelerationsprocesser.

Egenskaper och mätbara storheter

  • Rotationsperiod (P): Tiden mellan två pulser; sträcker sig från ~1,4 millisekunder till flera sekunder.
  • Periodderivata (Ṗ): Hur snabbt perioden förändras; används för att uppskatta pulsarens ålder och magnetfält.
  • Braking index: Ett mått på hur rotationsbromsningen utvecklas över tiden och ger insikt i utsläppsprocesserna.
  • Magnetfält: Beräknas ofta från P och Ṗ; typiska fält är 10⁸–10¹⁵ gauss beroende på typ.

Historisk notering

Pulsarens upptäckt 1967 av Jocelyn Bell Burnell och Antony Hewish var en milstolpe i astronomin. Den första signalen tolkades initialt som en regelbunden radiosignal och kallades skämtsamt "LGM" (Little Green Men) innan man insåg naturen — en snabbt roterande neutronstjärna.

Avslutande ord

Pulsarer är fascinerande föremål som förbinder observationer med teori: från explosionen som skapade dem, via snabba rotationer och kraftiga magnetfält, till deras användning som precisa mätinstrument i kosmologiska och fundamentala fysikaliska studier. Forskningen fortsätter att upptäcka nya typer av beteenden och utnyttja pulsarers stabilitet för att utforska universums mörkare och mest extrema sidor.