Prema radu koji je objavljen u časopisu Astronomy and Astrophysics, funkcioniranje ovog mehanizma zračenja još uvijek nije potpuno razjašnjeno pa predstavlja velik izazov za teorijske znanstvenike. Pulsar koji se nalazi u središtu slavne Rakove maglice jednostavno pršti energijom i bliješti u području gama-zraka koje dosežu oko 400 GeV, što je čak 50 do 100 puta više nego što predviđaju postojeći modeli.

'Teorije o pulsarima grade se od 70-ih godina, kada su prvi put otkriveni', rekao je član MAGICA Tihomir Surić s Instituta Ruđer Bošković i dodao: 'Sve do prije nekoliko godina računali smo da bi energije njihova zračenja mogle ići do 10-ak GeV. Međutim, sada smo otkrili da one zrače na energijama koje su i 50 do 100 puta više od teorijskih, toliko intenzivne da ih možemo opaziti i na Zemlji, a ne samo iz svemirskih teleskopa poput Fermija koji su konstruirani za slabija zračenja.'

Središnja zvijezda u Rakovoj maglici je neutronska zvijezda i jedan je od najbolje proučenih pulsara. Budući da u sekundi napravi 30 okretaja, stvara vrlo snažno magnetsko polje od oko 100 milijuna Tesla – 1000 milijardi puta jače od Zemljinog. Pulsar i maglica udaljeni su oko 6000 svjetlosnih godina od Zemlje, nalaze se u zviježđu Bika, a ostatak su supernove koja je eksplodirala 1054. godine i mjesecima bila vidljiva golim okom čak i tijekom dana.
184810,183099,180410,177873
Neutronske zvijezde su objekti izuzetno velike gustoće - imaju mase slične Sunčevoj, dok im je promjer tek desetak kilometara. Nalik su atomskoj jezgri veličine malog grada. Vrte se izuzetno brzo i pravilno, s periodima rotacije od tisućinke do 10 sekundi. Kombinacija brze vrtnje i iznimno jakih magnetskih polja na zvijezdi stvara jake električne potencijale koji neprestano stvaraju nabijene čestice, uglavnom elektrone i pozitrone (pozitivno nabijene antielektrone). Oni se gibaju duž silnica magnetskog polja koje se okreću zajedno sa zvijezdom. U tom procesu emitiraju snop zračenja u cijelom području elektromagnetskog spektra, od radiovalova, preko vidljivog svjetla, do gama-zraka. Svaki put kada se ovaj snop poklopi s pravcem našeg promatranja, vidimo moćan puls zračenja, kao da gledamo bljeskove udaljenog svjetionika.

Rakova maglica i njezin pulsar jedini su objekti čije je spektakularno rođenje pouzdano zabilježeno pa točno znamo koliko su stari, što je od ključne važnosti za testiranje razumijevanja svojstava neutronskih zvijezda, pišu autori istraživanja.

Neočekivano moćno zračenje

Prije nekoliko godina teleskop MAGIC otkrio je da Rakov pulsar zrači gama-zrake na energijama iznad 25 GeV, što je jako iznenadilo stručnjake. Mjerenja MAGIC-a, VERITASA i Fermija u posljednjih nekoliko godina pokazala su da pulsari mogu zračiti u rasponu od 0.1 GeV do čak 400 GeV. Ovi rezultati postavljaju velik izazov za većinu postojećih teorija pulsne emisije jer one sve predviđaju znatno niže gornje granice. Budući da snažno magnetsko polje, karakteristično za pulsare, vrlo efikasno zaklanja visokoenergijsko gama-zračenje, znanstvenici su zaključili da ono mora nastajati na visini od najmanje 60 km iznad površine neutronske zvijezde, gdje je intenzitet magnetskog polja slabiji. Kada bi gama-zrake tako visokih energija nastajale blizu površine, ne bi se mogle probiti kroz snažno magnetsko polje i mi ih ne bismo smjeli vidjeti.

Prema jednom modelu zabilježena pojava mogla bi biti rezultat kaskadnog procesa u kojem nastaju sekundarne čestice koje mogu proći kroz magnetosferu pulsara. Prema drugom, ona bi mogla biti rezultat zagonetne fizike vjetrova pulsara - toka čestica (elektrona, pozitrona i fotona) koji se sudara s tvarima okolne maglice i snabdijeva je energijom. Iako ovi novi modeli mogu objasniti izuzetno visoke energije i kratko trajanje pulsova, trebat će ih još usavršiti kako bi vjerno reproducirali opažanja. No za konačno rješenje također će trebati nastaviti s promatranjima.

Hrvatski doprinos

Kolaboracija MAGIC (Major Atmospheric Gamma-ray Imaging Cherenkov) upravlja s dva velika teleskopa na kanarskom otoku La Palmi. Teleskopi promjera 17 m smješteni su na nadmorskoj visini od 2200 m, blizu vrha Roque de los Muchachos i trenutno su najveći instrumenti na svijetu za otkrivanje i mjerenje energije gama-zraka u rasponu od 25 GeV do 50 TeV.

Hrvatsku grupu u projektu čine znanstvenici iz tri hrvatske insitucije: Sveučilišta u Rijeci (dr. Dijana Dominis Prester i Tomislav Terzić, asistent), Instituta Ruđer Bošković u Zagrebu (dr. Daniel Ferenc, dr. Dario Hrupec, dr. Tihomir Surić i Iva Šnidarić, znanstvena novakinja) te Sveučilišta u Splitu (dr. Nikola Godinović, dr. Damir Lelas i dr. Ivica Puljak). Hrvatska je grupa ovom važnom rezultatu doprinijela sudjelovanjem u prikupljanju podataka, te u svakodnevnoj provjeri kvalitete i preciznosti vremenske baze koja je nužna za precizno mjerenje periodičnosti i trajanja pulseva gama-zraka. U provjeri metoda analize sudjelovala je znanstvena novakinja Iva Šnidarić.

'Članovi našeg tima odlaze na Kanarske otoke i ondje provode po tri do četiri tjedna', objasnila je Dijana Dominis Prester. 'Svi smo ondje bili i obavili svoj dio mjerenja. Za prikupljanje preciznih informacija potrebno je raditi dovoljan broj sati kako bi se utvrdilo na kojoj energiji imamo koliki udio zračenja. Analiza se potom obavlja i u Zagrebu i u Splitu, Rijeci, Barceloni, Münchenu i drugim mjestima. Iva je primjerice napravila paralelnu analizu i našla da se to slaže s rezultatima kolega na Institutu Max Planck u Münchenu. Za ovakva mjerenja i obradu podataka potrebno je puno ljudi', objasnila je Dominis Prester.