“Vampyr” neutronstjärnexplosioner är förknippade med jetstrålar som färdas med nästan ljusets hastighet

En neutronstjärna är en rest av en massiv stjärna som en gång dog i en supernovaexplosion. Sammantaget anses neutronstjärnor vara några av de mest extrema objekten i det kända universum – och det är särskilt sant när dessa otroligt täta stjärnrester finns tillsammans med följeslagare (som ännu inte har “dött”) tillräckligt nära storleken på en neutronstjärna , med tillräcklig gravitation för att extrahera material från den andra stjärnan. Med andra ord är sällskapsstjärnan som neutronstjärnans stjärnoffer.

Dessa “vampyrneutronstjärnor” är speciella eftersom de kommer tillbaka till livet som en kosmisk Bela Lugosi. Detta beror på att det infallande materialet från en medföljande stjärna utlöser termonukleära explosioner på neutronstjärnans yta. En del av denna stulna materia riktas till neutronstjärnans poler, varifrån den bryter ut med nästan ljusets hastighet i form av kraftfulla astrofysiska jetstrålar. Men exakt vad som orsakar dessa jets att avfyras – och hur de är kopplade till dessa termonukleära utbrott – förblir ett mysterium.

Ny forskning har dock gett en ledtråd till mysteriet.

Forskare har upptäckt ett sätt att mäta hastigheterna för dessa jetstrålar och koppla värdena till egenskaperna hos både en neutronstjärna och den olyckliga binära stjärnan den lever av. Detta kan i slutändan hjälpa till att lösa detta jetdilemmat och potentiellt ge information om andra objekt som också extraherar materia från en följeslagare, till exempel supermassiva svarta hål.

Relaterad: James Webb rymdteleskop hittar sammanslagningar av neutronstjärnor som skapar guld i kosmos: “Det var spännande”

“För första gången har vi kunnat mäta hastigheterna för de stadiga jetstrålar som sänds ut av en neutronstjärna,” sa huvudförfattaren och forskaren vid National Institute for Astrophysics (INAF) Thomas Russell till Space.com. “Dessa jetstrålar, liksom de från anhopande svarta hål, är otroligt viktiga i vårt universum eftersom de släpper ut stora mängder energi till sin omgivning, vilket påverkar stjärnbildningen, galaxens tillväxt och till och med hur galaxer samlas. Men vi förstår inte riktigt hur dessa jetplan lanseras.

Russell förklarade att forskare tidigare hade trott att strålarna kunde utlösas antingen genom att materialet roteras från en offerstjärna när materialet spiralerar in i det. Det har också funnits en teori om att strålarna är relaterade till rotationen av själva det roterande föremålet.

Denna nya forskning kan hjälpa till att hitta ett svar på vilken mekanism som är den primära ansvarig.

“Vår upptäckt av en koppling mellan termonukleära explosioner och jetstrålar ger oss nu en lättillgänglig och repeterbar sond för att reda ut lanseringsmekanismen för jetstrålar i neutronstjärnor,” fortsatte Russell. “Eftersom vi tror att jetstrålar avfyras på mycket liknande sätt från alla typer av föremål, kommer detta att hjälpa oss att förstå hur jetstrålar avfyras från alla föremål, även de supermassiva svarta hålen som finns i galaxernas centrum.”

Hur exploderar neutronstjärnor?

För att nå sin slutsats undersökte Russell och kollegor två system som innehöll matande neutronstjärnor: röntgenbinärerna 4U 1728-34 och 4U 1636-536. Båda systemen är kända för att regelbundet utbryta med termonukleära utbrott.

Termonukleära explosioner på ytan av neutronstjärnor är inget nytt fenomen för forskare. Dessa explosioner har analyserats i flera år, och Russell påpekar att astronomer har observerat minst 125 “sprängande” neutronstjärnor totalt.

“När neutronstjärnan förbrukar material från en närliggande stjärna, ackumuleras det ackumulerade materialet på neutronstjärnans yta,” sa Russell. “Vid någon tidpunkt blir trycket för högt och en instabil, okontrollerad termonukleär explosion inträffar som sprider sig över neutronstjärnans yta.” Hela neutronstjärnans yta på några sekunder.

Bursts associerade med 4U 1728-34 och 4U 1636-536 är synliga i röntgenbandet, vilket betyder att teamet kunde upptäcka dem med hjälp av Europeiska rymdorganisationens internationella rymdteleskop för gammastrålning Astrophysics Laboratory (INTEGRAL).

“Vi fann att dessa explosioner gör att ytterligare material pumpas in i munstyckena under de tio sekunder som explosionerna varar”, fortsatte Russell. “Genom att använda radioteleskop för att övervaka strålarna med Australia Telescope Compact Array kunde vi spåra detta ytterligare material när det strömmade ner i strålarna, vilket i huvudsak försåg oss med en kosmisk radarkamera för att mäta jethastigheten.”

En illustration av ett rymdskepp med solvingar med ett guldfärgat metallskal.

En illustration av ett rymdskepp med solvingar med ett guldfärgat metallskal.

Vad de ville se var förändringar i radioutsläpp efter röntgenskurarna.

Faktum är att teamet upptäckte en ökning av radioljusstyrkan inom några minuter efter varje enskild termonukleär explosion. Detta fick forskare att dra slutsatsen att utvecklingen av jetplan är nära relaterad till termonukleära explosioner.

“Vi blev förvånade över hur tydlig Jets reaktion var. Det var väldigt ljusa och tydliga bloss som rann ner i strålen och var lätta att se, säger Russell. “Vi förväntade oss en reaktion, men vi trodde att det skulle vara mycket mer subtilt.”

Neutronstjärnjetstrålar har fångats i fortkörning

Hastigheten på dessa jets var den saknade pusselbiten, säger teamet, vilket ledde till ett samband mellan jetplanens våldsamma utstötningar och explosiva framryckningar.

“Hastighet är otroligt viktig för att förstå hur jetplanen lanseras, och den här nya upptäckten öppnar ett mycket tillgängligt fönster för att svara på den här frågan,” sa Russell. “Vi kan nu tillämpa detta experiment på många andra sprickande neutronstjärnor och sedan jämföra hur jetstrålens hastighet korrelerar med neutronstjärnans spinn, massa och möjligen även magnetfält, som alla anses vara nyckelfaktorer vid jetuppskjutning.

Skulle teamet hitta ett samband mellan någon av dessa egenskaper och jethastighet, kommer de att avslöja den huvudsakliga utlösningsmekanismen för dessa jetstrålar – vare sig det är neutronstjärnans rotation eller rotationen av det inkommande materialet.

Det är första gången hastigheten för en sådan jetstrålning har mätts från en neutronstjärna, men det är värt att notera att den tidigare har mätts för svarta hål. Russell förklarade dock att neutronstjärnor har en enorm fördel framför svarta hål när det gäller att använda dem som en sond för att studera jetuppskjutningsmekanismer.

“Neutronstjärnor kan ha mycket exakt uppmätta spinn, välbestämda massor och möjligen till och med kända magnetiska fältstyrkor, som alla är mycket svårare att mäta i svarta hål,” sa han. “Så vi kan för närvarande bara börja koppla ihop systemegenskaperna med strålarna i neutronstjärnor.”

Liknande inlägg:

— Ett nytt tillvägagångssätt kan hjälpa forskare att titta in i det inre av en neutronstjärna

– “Störningar” från döda stjärnor kan avslöja ursprunget till snabba radioskurar

– Den tyngsta neutronstjärnan som någonsin observerats sliter isär sin följeslagare

Sammantaget har teamet nu sett detta resultat i två matande neutronstjärnsystem, men dessa är de enda två de har undersökt hittills.

“Vi tillämpar vår nya teknik på så många andra sprängande neutronstjärnor vi kan för att avslöja hur jethastigheterna varierar beroende på neutronstjärnornas egenskaper”, avslutade han. “När vi har skapat ett tillräckligt prov kommer vi att kunna dechiffrera nyckelegenskaperna för jetproduktion och avslöja hur jetplanen lanseras.”

Teamets forskning publicerades onsdagen (27 mars) i tidskriften Nature.

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *