Videnskab
 science >> Videnskab >  >> Astronomi

Tiny Yet Mighty:Neutron Stars May Be Ravenous X-ray Dazzlers

Takket være Chandra røntgenobservatorium, astronomer lokaliserede en ultraluminøs røntgenkilde i spiralgalaksen M83, afbilledet her. For nylig, astronomer opdagede en ULX i M51 -galaksen. NASA/CXC/Curtin University/R.Soria et al.

Neutronstjerner er måske ikke lige så vægtige som deres mere massive sorte hulkusiner, men de kan være lige så mægtige, når det kommer til at generere fantastiske røntgenfyrværkerier.

Siden 1980'erne har astronomer har undersøgt kilder til intense røntgenstråler, der bryder ud fra de ydre områder af andre galakser. De kaldes ultraluminøse røntgenkilder, eller ULX'er, og de producerer mere energi end en million soler. Som regel, astronomer ville observere så kraftige emissioner i kernerne af aktive galakser, hvor fodring af supermassive sorte huller lurer, men ULX'er er langt fra disse behemoths. Ideen var, at de blev genereret af mindre sorte huller med stjernemasse-af få snesevis af solmasser-der lever af gasser fra uheldige stjerner.

Men et forvirrende mønster begyndte at dukke op i 2014, da NASA's Nuclear Spectroscopic Telescope Array (NuSTAR) mission og andre rumteleskoper begyndte at studere disse gåder. Det viser sig, at ULX'er slet ikke må drives af sorte huller; hellere, neutronstjerner ser ud til at være synderen.

"Det var en kæmpe overraskelse, "siger Fiona Harrison, hovedforsker ved NuSTAR -missionen og professor i fysik ved Caltech, i Pasadena, Californien. "Først troede folk, at der var noget galt med observationen."

Langt fra at tage fejl, i en ny undersøgelse medforfatter af Harrison og offentliggjort i tidsskriftet Nature Astronomy, en neutronstjerne er blevet bekræftet at være motoren bag en ULX i den berømte Whirlpool -galakse, også kendt som M51. Galaksen ligger 28 millioner lysår fra Jorden. Det er fjerde gang, at astronomer har identificeret en ULX drevet af en neutronstjerne.

M51-galaksen menes at være hjemsted for en fantastisk ultraluminøs røntgenkilde (til venstre) drevet af en neutronstjerne. NASA/CXC/Caltech/M.Brightman et al .; Optisk:NASA/STScI

Mens jeg studerede arkivdata fra NASAs Chandra røntgenobservatorium, forskerne bemærkede en mystisk dukkert i ULX -lysspektret. Da de undersøgte, de udlede, at det må have været forårsaget af cyklotronresonansspredning, et fænomen, der forekommer i stærkt magnetiske miljøer og er forårsaget af ladede partikler, såsom elektroner og protoner, spiraler rundt om magnetfeltet.

Her er kickeren:Sorte huller har ikke magnetfelter, der henviser til, at neutronstjerner er berømte for at være magnetiske kraftcentre, så det faktum, at spektret af denne ULX har fingeraftrykket af cyclotronresonansspredning, er en stor anelse om, at et sort hul ikke driver det, men en neutronstjerne er .

Ravenous Neutron Stars

Neutronstjerner er super-tætte stjernerester, der efterlades efter en stjerne løber tør for brændstof og eksploderer som en supernova. Består af degenereret stof, bare en teskefuld neutronstjernetøj vejer lige så meget som et bjerg. Disse objekter er ekstremt magnetiske; hele magnetfeltet på stjernen, den kom fra, er krympet til et objekt, der er på størrelse med en by. Men for en neutronstjerne at generere en ULX, der må være noget helt særligt i gang.

Skulle en neutronstjerne være en del af et binært system, hvor to stjerner kredser om hinanden, det kan begynde at trække i de varme gasser fra sin binære partner, trække den ind i en akkretionsdisk. Da gassen falder mod neutronstjernen, det vil varme op, genererer kraftig røntgenstråling. Men der er en grænse for, hvor meget røntgenenergi en neutronstjerne kan generere.

”På samme måde som vi kun kan spise så meget mad ad gangen, der er grænser for, hvor hurtigt neutronstjerner kan samle stof, "sagde Murray Brightman, en postdoktor ved Caltech og undersøgelsens hovedforfatter, i en erklæring.

Når sagen falder ind, flere røntgenstråler genereres, men det er ikke bæredygtigt. På et bestemt tidspunkt-noget der kaldes Eddington-grænsen-vil røntgenstrålingen blive så kraftig, at den fysisk vil skubbe væk mere gas fra at falde ned i neutronstjernens akkretionsskive. Det er en naturlig afskæring. Når røntgenenergien når denne grænse, gastilførslen er kvalt, og røntgenemissionerne er begrænset.

"Men ULX'er bryder på en eller anden måde denne grænse for at afgive sådanne utroligt lyse røntgenstråler, og vi ved ikke hvorfor, "Tilføjede Brightman.

Forskerne har en fornemmelse, imidlertid, at neutronstjernens magnetiske personlighed kan være nøglen. De tror, ​​at dypene forårsaget af cyklotronresonansspredning i røntgenspektrene-ligesom det i M51s ULX-kan hjælpe os med at forstå, hvad der foregår.

Hvis cyclotron resonansspredning er ved at være forårsaget af protoner interagerer med neutronstjernens magnetfelt, dette ville afsløre, at magnetismen omkring neutronstjernen er ekstrem. Ekstrem magnetisme kan reducere trykket af ULX røntgenstråler, hvilket tillader mere gas at falde ned i neutronstjernen, turbo-boostende røntgenemissionerne. Hvis resonansen er forårsaget af elektroner , imidlertid, der tyder på et svagere magnetfelt, en, der ikke kan forklare ULX -energien.

Mere arbejde er nødvendigt, før vi med sikkerhed ved, om ekstreme magnetfelter omkring neutronstjerner er det, der tillader dem at slå over deres vægt.

"Hvis [ULX'er] er magnetarer, gør det det lettere for dem at se så lyse ud, "Siger Harrison.

Nu er det interessant

Det er muligt, at ULX'er drives af magnetarer, den mest magnetiske familie af neutronstjerner, så ULX i Whirlpool -galaksen kunne blive drevet af den mest eksotiske type neutronstjerne.