Пульсар Крабоподібної туманності (також PSR B0531+21 або зоря Бааде) — відносно молода нейтронна зоря, яка є центральною зорею Крабоподібної туманності, залишку наднової зорі SN 1054, яку широко спостерігали на Землі 1054 року. Відкритий у 1968 році, він став першим відомим пульсаром, пов'язаним із залишком наднової.
Історія спостережень До 1939 року Крабоподібну туманність ідентифікували як залишок наднової. Астрономи почали пошук центральної зорі туманності. У літературі розглядали двох кандидатів — «північну наступну» й «південну попередню» зорі. У вересні 1942 року Вальтер Бааде виключив «північну наступну» зорю, а щодо «південної попередньої» не дійшов остаточного висновку. Рудольф Мінковський у тому самому номері «Astrophysical Journal» навів спектральні аргументи, зазначивши, що «наявні дані допускають, але не доводять висновок, що південна попередня зоря є центральною зорею туманності».
Наприкінці 1968 року і Едвард Райфенштайн повідомили про відкриття двох швидкозмінних радіоджерел «поблизу Крабоподібної туманності, які можуть бути з нею пов'язані», використовуючи 300-футову радіоантену Обсерваторії Грін-Бенк. Їм надали позначення NP 0527 і NP 0532. Період у 33 мс та локалізацію пульсара Крабоподібної туманності NP 0532 встановили і його колеги 10 листопада 1968 року в Радіообсерваторії Аресібо«Pulsar NP 0532 Near Crab Nebula» Lovelace, R. V. E., Sutton, J. M., Craft, H. D. 1968, IAU Circ., No. 2113, #1«Crab nebula pulsar NP 0532» 1969, J. M. Comella, H. D. Craft, R. V. E. Lovelace, J. M. Sutton, G. L. Tyler, Nature 221 (5179), 453—454.. Виявлення пульсара з таким коротким періодом довело, що пульсари є обертовими нейтронними зорями (а не пульсуючими білими карликами, як припускали багато науковців). Невдовзі після відкриття пульсара Девід Річардс, використовуючи телескоп Аресібо, встановив, що обертання пульсара сповільнюється, тобто він втрачає обертальну енергію. Томас Ґолд показав, що втрати енергії обертання пульсара достатньо, щоб забезпечити енергією Крабоподібну туманність.
Подальше дослідження цієї ж групи за участю Вільяма Брандажа також показало, що джерело NP 0532 розташоване в межах Крабоподібної туманності. Про радіоджерело, що збігається з Крабоподібною туманністю, також повідомив наприкінці 1968 року Л. І. Матвієнко в .
Оптичні пульсації вперше зафіксували Кок, Дісней і Тейлор за допомогою 0,9-метрового телескопа обсерваторії Стюарда Університету Аризони на Кітт-Піку. Їх відкриття підтвердили , і Макфарлейн.
Джоселін Белл Бернелл, яка у 1967 році під керівництвом Ентоні Г'юїша відкрила перший пульсар PSR B1919+21, згадує, що наприкінці 1950-х років одна жінка спостерігала джерело в Крабоподібній туманності через телескоп Чиказького університету, відкритий для публіки, і зауважила, що воно мерехтить. Астроном, з яким вона говорила, Елліот Мур, пояснив це як сцинтиляцію, попри її заперечення, що як кваліфікована пілотка вона добре розуміє це явище і спостерігала щось інше. Белл Бернелл зазначає, що частоту 30 Гц оптичного пульсара Крабоподібної туманності багатьом людям важко помітити«Beautiful Minds: Jocelyn Bell Burnell», BBC television documentary broadcast 7 April 2010..
У 2007 році повідомили, що Чарльз Шислер ще у 1967 році за допомогою радарної системи ВПС США на Алясці, призначеної для раннього виявлення міжконтинентальних балістичних ракет, зафіксував небесне джерело радіовипромінювання в напрямку Крабоподібної туманності. Пізніше, після повідомлень про відкриття пульсарів Белл Бернелл, Шислер зрозумів, що це був пульсар Крабоподібної туманності. Однак через секретність радарних спостережень його відкриття не оприлюднювали протягом чотирьох десятиліть.
Пульсар Крабоподібної туманності став першим пульсаром, для якого вдалося перевищити так звану межу сповільнення (spin-down limit) завдяки багатомісячним даним обсерваторії LIGO. Більшість пульсарів не обертаються з абсолютно сталою частотою: спостереження показують, що вони дуже повільно сповільнюються (для цього пульсара — 3,7 Гц/с). Це сповільнення пояснюється втратою обертальної енергії через різні механізми. Межа сповільнення — це теоретична верхня межа амплітуди гравітаційних хвиль, які може випромінювати пульсар, якщо припустити, що вся втрата енергії переходить у гравітаційне випромінювання. Відсутність спостережуваних гравітаційних хвиль із очікуваною амплітудою та частотою (після врахування доплерівського зсуву) свідчить, що втрати енергії зумовлюють інші механізми. Це не є несподіванкою, оскільки фізичні моделі обертальної симетрії пульсарів дають реалістичніші оцінки амплітуди гравітаційних хвиль — на кілька порядків менші за межу сповільнення. Очікують, що зі зростанням чутливості детекторів і накопиченням довших рядів даних гравітаційні хвилі від пульсарів вдасться зареєструвати у майбутньому. Єдиним іншим пульсаром, для якого наразі також перевищено межу сповільнення, є Пульсар Вітрил.
2019 року встановили, що Крабоподібна туманність, а отже, й пульсар Крабоподібної туманності, випромінює гамма-випромінювання з енергіями понад 100 ТеВ. Таким чином він став першим ідентифікованим джерелом космічних променів надвисоких енергій.
2023 року за допомогою радіоінтерферометрії з наддовгою базою виконали високоточну астрометрію, використовуючи радіовипромінювання гігантських імпульсів пульсара Крабоподібної туманності, і таким чином визначили точну відстань до нього.
Властивості Пульсар Крабоподібної туманності є одним із дуже небагатьох пульсарів, які вдалося спостерігати в оптичному діапазоні — так званих оптичних пульсарівShearer, A.; Golden, A. (2022). «Why study pulsars optically?». Proceedings of the 270. WE-Heraeus Seminar on Neutron Stars, Pulsars, and Supernova Remnants. MPE Report 278. , arxiv. Пульсар має діаметр приблизно 20 км і період обертання 33,392 мілісекунди, тобто його «промені» здійснюють 29,946 обертів за секунду. Релятивістський вітер, що витікає з нейтронної зорі, породжує синхротронне випромінювання, яке становить основну частину випромінювання туманності — від радіохвиль до гамма-променів. Найдинамічніша структура у внутрішній частині туманності виникає там, де екваторіальний вітер від пульсара взаємодіє з навколишньою речовиною, утворюючи ударну хвилю. Форма й положення цієї області швидко змінюються: екваторіальний вітер проявляється як низка структур, що яскравішають, а потім згасають, віддаляючись від пульсара в основну частину туманності. Період обертання пульсара збільшується на 38 наносекунд на добу через значні втрати енергії з пульсарним вітромSupernovae, Neutron Stars & Pulsars ..
Крабоподібна туманність часто слугує для калібрування інструментів у рентгенівській астрономії. Вона дуже яскрава в рентгенівському діапазоні, а її густина потоку та спектр залишаються сталими, за винятком самого пульсара. Пульсар дає сильний періодичний сигнал, який використовують для перевірки точності часових вимірювань рентгенівських детекторів. У рентгенівській астрономії «краб» і «мілікраб» іноді застосовують як одиниці густини потоку. Один мілікраб відповідає густині потоку приблизно () у діапазоні 2–10 кеВ для «крабоподібного» рентгенівського спектра, який приблизно описується степеневим законом за енергією фотонів: I ~ E−1,1. Лише небагато рентгенівських джерел перевищують яскравість одного «краба».
Імпульсне випромінювання від пульсара Крабоподібної туманності виявили на енергіях до 1,5 ТеВ. Єдиний інший відомий пульсар із випромінюванням у цьому енергетичному діапазоні — пульсар Вітрил (до 20 ТеВ).
Галерея
Примітки