Pulsar
Obsah boxu
Šablona:Infobox Astronomický objekt Pulsar je rychle rotující neutronová hvězda, která ze svých magnetických pólů vyzařuje intenzivní svazky elektromagnetického záření. Kvůli rotaci hvězdy tyto svazky periodicky zasahují Zemi, podobně jako světlo z majáku, což pozorujeme jako pravidelné pulsy. Název "pulsar" je zkratkou anglického termínu pulsating star (pulsující hvězda), i když hvězda ve skutečnosti nepulsuje, ale rotuje. Pulsary jsou pozůstatky po výbuchu hmotných hvězd – supernovách – a patří mezi nejexotičtější a nejhustší objekty ve vesmíru.
📜 Historie objevů
První pulsar byl objeven v roce 1967 astrofyzičkou Jocelyn Bell Burnell a jejím školitelem Antonym Hewishem na Univerzitě v Cambridgi. Během analýzy dat z radioteleskopu si Bell Burnell všimla signálu, který se s neuvěřitelnou pravidelností opakoval každých 1,337 sekundy. Signál byl tak přesný, že vědci zpočátku zvažovali i možnost, že by mohlo jít o signál od mimozemské civilizace. Z tohoto důvodu dostal zdroj přezdívku LGM-1 (z anglického Little Green Men-1, tedy "Malí zelení mužíčci 1").
Brzy však byly objeveny další podobné signály z jiných částí oblohy, což hypotézu o mimozemšťanech vyvrátilo. Bylo zřejmé, že se jedná o nový typ vesmírného objektu. Jako vysvětlení byla navržena rychle rotující neutronová hvězda, jejíž existence byla teoreticky předpovězena již ve 30. letech 20. století. Objev byl publikován v roce 1968 a v roce 1974 za něj Antony Hewish obdržel Nobelovu cenu za fyziku. Kontroverzním faktem zůstává, že Jocelyn Bell Burnell, která signál jako první zaznamenala a správně identifikovala jeho povahu, byla z ocenění vynechána, což vyvolalo rozsáhlou debatu ve vědecké komunitě.
⚙️ Mechanismus vzniku a fungování
💥 Vznik z supernovy
Pulsary vznikají z masivních hvězd (obvykle 8 až 25krát hmotnějších než naše Slunce), které na konci svého života explodují jako supernovy typu II. Během této exploze je vnější obálka hvězdy odmrštěna do prostoru, zatímco její jádro se pod vlivem vlastní gravitace zhroutí do extrémně hustého a malého objektu – neutronové hvězdy.
Při tomto kolapsu platí zákon zachování momentu hybnosti. Podobně jako krasobruslařka, která zrychlí svou rotaci přitažením rukou k tělu, i smršťující se jádro hvězdy dramaticky zrychlí svou rotaci. Původní, pomalá rotace hvězdy se tak změní v rotaci s periodou v řádu sekund či dokonce milisekund. Průměr takové hvězdy je pouhých 20–30 kilometrů, ale její hmotnost je větší než hmotnost Slunce.
🧭 Magnetické pole a emise záření
Spolu s momentem hybnosti se při kolapsu zachovává i magnetický tok. Původní magnetické pole hvězdy se tak zesílí na extrémní hodnoty, typicky 100 milionů až 100 bilionůkrát silnější než magnetické pole Země. Osa tohoto magnetického pole obvykle není shodná s osou rotace hvězdy.
Toto silné a rotující magnetické pole generuje intenzivní elektrické pole, které vytrhává nabité částice (elektrony, pozitrony) z povrchu neutronové hvězdy. Tyto částice jsou urychlovány podél siločar magnetického pole směrem k magnetickým pólům, kde dosahují téměř rychlosti světla. Při svém pohybu v magnetickém poli vyzařují synchrotronové záření, které je soustředěno do úzkých kuželů směřujících od magnetických pólů.
💡 Efekt majáku
Protože rotační a magnetická osa nejsou totožné, kužely záření rotují spolu s hvězdou a "ozařují" okolní vesmír jako světla majáku. Pokud se Země nachází v dráze jednoho z těchto svazků, detekujeme záření jako krátký, pravidelný puls pokaždé, když nás svazek zasáhne. Perioda pulsů odpovídá periodě rotace neutronové hvězdy. Postupem času pulsar ztrácí svou rotační energii (vyzařuje ji pryč), jeho rotace se zpomaluje a pulsy se stávají méně častými, až nakonec po milionech let zcela ustanou.
🔭 Typy pulsarů
Pulsary se dělí do několika kategorií podle zdroje jejich energie a dalších vlastností.
Rotačně poháněné pulsary
Toto je nejběžnější typ pulsaru. Jejich záření je poháněno ztrátou rotační energie. Postupně se zpomalují a "umírají", když jejich rotace klesne pod určitou mez. Většina známých pulsarů spadá do této kategorie. Patří sem například slavný Krabí pulsar.
Akreční pulsary (rentgenové pulsary)
Tyto pulsary se nacházejí v dvojhvězdných systémech. Neutronová hvězda svou gravitací přitahuje hmotu ze svého hvězdného společníka (obvykle obra nebo veleobra). Tato hmota padá na magnetické póly neutronové hvězdy, kde se zahřívá na miliony stupňů a intenzivně září v rentgenové oblasti spektra. Jejich pulsy jsou tedy detekovatelné především rentgenovými teleskopy.
Magnetary
Magnetar je speciální typ neutronové hvězdy s absolutně nejextrémnějším magnetickým polem ve vesmíru, až 1000krát silnějším než u běžného pulsaru. Jejich záření není poháněno rotací, ale rozpadem tohoto ultra-silného magnetického pole. Jsou schopny produkovat nepravidelné, ale extrémně energetické záblesky záření gama a rentgenového záření.
Milisekundové pulsary (MSP)
Jedná se o staré, "mrtvé" pulsary, které byly "recyklovány" v dvojhvězdném systému. Přetahováním hmoty od společníka získaly nový moment hybnosti a byly roztočeny na extrémně vysoké rychlosti, s periodami rotace v řádu milisekund (až přes 700 otáček za sekundu). Milisekundové pulsary jsou nejpřesnějšími "hodinami" ve vesmíru, jejichž stabilita soupeří s atomovými hodinami.
🌍 Význam a využití v astronomii
Pulsary nejsou jen vesmírnou kuriozitou, ale také neocenitelným nástrojem pro moderní fyziku a astronomii.
Testování obecné relativity
Objev prvního pulsaru v dvojhvězdném systému, PSR B1913+16 (známý jako Hulse-Taylorův pulsar), poskytl první nepřímý důkaz existence gravitačních vln. Russell Hulse a Joseph Taylor zjistili, že oběžná dráha těchto dvou neutronových hvězd se pomalu zmenšuje přesně tak, jak předpovídala obecná teorie relativity kvůli vyzařování energie ve formě gravitačních vln. Za tento objev obdrželi v roce 1993 Nobelovu cenu za fyziku.
Detekce gravitačních vln
Milisekundové pulsary jsou díky své neuvěřitelné stabilitě využívány v projektech jako NANOGrav, European Pulsar Timing Array (EPTA) a Parkes Pulsar Timing Array (PPTA). Tyto projekty monitorují desítky MSP napříč Mléčnou dráhou a hledají nepatrné odchylky v časech příchodu jejich pulsů. Tyto odchylky mohou být způsobeny průchodem nízkofrekvenčních gravitačních vln, které generují například supermasivní černé díry v centrech galaxií. V roce 2023 tyto projekty oznámily silné důkazy o existenci takového gravitačního vlnového pozadí.
Navigační systémy
Přesnost pulsů, zejména rentgenových, vedla k vývoji konceptu autonomní navigace pro kosmické sondy v hlubokém vesmíru (tzv. XNAV - X-ray pulsar-based navigation). Měřením časů příchodu signálů z několika známých pulsarů by sonda mohla určit svou polohu s vysokou přesností bez nutnosti komunikace se Zemí.
Studium mezihvězdného prostředí
Signál z pulsaru při své cestě k Zemi prochází mezihvězdným prostředím, které obsahuje volné elektrony. Tyto elektrony způsobují jev zvaný disperze, kdy se rádiové vlny o nižších frekvencích šíří pomaleji než vlny o vyšších frekvencích. Měřením tohoto zpoždění mohou astronomové určit hustotu elektronů podél celé trasy signálu a zmapovat tak strukturu naší Galaxie.
🎯 Zajímavosti a rekordy
- První objevený pulsar: PSR B1919+21 (původně LGM-1), objevený v roce 1967.
- Nejrychlejší pulsar: PSR J1748-2446ad rotuje 716krát za sekundu. Jeho rovníková rychlost dosahuje přibližně 24 % rychlosti světla.
- Krabí pulsar: PSR B0531+21 se nachází v centru Krabí mlhoviny, která je pozůstatkem po supernově pozorované čínskými astronomy v roce 1054. Je to jeden z mála pulsarů viditelných i v optickém spektru.
- Dvojitý pulsar: Systém PSR J0737-3039 je unikátní tím, že se skládá ze dvou neutronových hvězd, které jsou obě pozorovány jako pulsary. Tento systém je ještě přesnější laboratoří pro testování obecné relativity než Hulse-Taylorův pulsar.
- Planety u pulsaru: První exoplanety v historii byly objeveny v roce 1992 u pulsaru PSR B1257+12. Existence planet v tak extrémním prostředí po výbuchu supernovy byla pro astronomy velkým překvapením.
💡 Pro laiky
Představte si, že vezmete hvězdu mnohem větší než naše Slunce a stlačíte ji do koule o velikosti velkého města, například Prahy. Výsledkem by byl objekt s neuvěřitelnou hustotou – jediná čajová lžička materiálu z pulsaru by vážila miliardy tun, asi jako všechny automobily na Zemi dohromady. Tento objekt se navíc točí šílenou rychlostí, někdy i stokrát za sekundu.
Z jeho pólů tryskají dva silné paprsky energie, podobně jako světlo z majáku. Jak se tento "vesmírný maják" otáčí, jeho paprsky křižují vesmír. Pokud jeden z těchto paprsků pravidelně míří na Zemi, vidíme ho jako blikání – puls. My tedy nevidíme hvězdu blikat, ale jsme pravidelně "osvětlováni" jejím rotujícím paprskem. Právě tato neuvěřitelná pravidelnost z nich dělá jedny z nejpřesnějších hodin v celém vesmíru.
⏰ Tento článek je aktuální k datu 29.12.2025