Amatørastronom hjælper med at afsløre hemmeligheder bag det unikke pulsar-binære system

En professionel astrofysiker og en amatørastronom er gået sammen for at afsløre overraskende detaljer om et usædvanligt millisekund pulsar (MSP) binært system, der omfatter en af ​​de hurtigst roterende pulsarer i vores galakse og dens unikke ledsagerstjerne.

Deres observationer, skal offentliggøres i Astrofysisk tidsskrift i december, er de første til at identificere "stjernepletter" på en MSP's ledsagerstjerne. Plus, observationerne viser, at ledsageren har et stærkt magnetfelt, og give et fingerpeg om, hvorfor pulsarer i nogle MSP-binære filer tænder og slukker.

John Antoniadis, en Dunlap Fellow med Dunlap Institute for Astronomy &Astrophysics, University of Toronto, og André van Staden, en amatørastronom fra Sydafrika, analyserede observationer af lysstyrken af ​​ledsagerstjernen lavet af van Staden over en 15-måneders periode, med sit 30 cm reflektorteleskop og CCD-kamera i sit baghaveobservatorium i Western Cape. Analysen afslørede en uventet stigning og fald i stjernens lysstyrke.

I en typisk MSP binær, tyngdekraften af ​​pulsaren forvrænger formen på ledsagerstjernen, trækker den til en dråbeform. Mens den kredser om pulsaren, vi ser en cyklisk stigning og fald i ledsagerens lysstyrke. Ledsageren er klarest på to punkter i sin bane, når vi ser den brede, tåreformet profil; det er mørkest midtvejs mellem de to punkter, når vi ser det mindste, cirkulær profil. Naturligt, lyskurven, der måler lysstyrken, stiger og falder i takt med ledsagerens omløbsperiode.

Men Antoniadis og van Stadens observationer afslørede, at lysstyrken af ​​ledsageren ikke var synkroniseret med dens 15-timers omløbsperiode; i stedet opstår stjernens lysstyrketoppe gradvist senere i forhold til ledsagerens kredsløbsposition.

Antoniadis og van Staden konkluderede, at dette var forårsaget af "stjernepletter", svarende til vores sols solpletter, og at pletterne sænkede stjernens lysstyrke. Hvad mere er, pletterne var meget større i forhold til følgestjernens diameter end vores sols solpletter.

De indså også, at ledsagerstjernen ikke er tidevandslåst til pulsaren - som månen er til Jorden. I stedet, de konkluderede, at ledsagerens rotationsperiode er lidt kortere end dens omløbsperiode, resulterer i den uventede lyskurve.

Tilstedeværelsen af ​​stjernepletter fik også samarbejdspartnerne til at konkludere, at stjernen har et stærkt magnetfelt, en forudsætning for sådanne pletter.

En dedikeret ikke-professionel astronom i mange år, van Staden har en særlig interesse for pulsarer og stødte i 2014 på Antoniadis' forskningswebsted med MSP-binære filer med optiske ledsagere.

"Jeg bemærkede, at det binære system MSP J1723-2837 er velegnet til observation fra Sydafrika, " siger van Staden, "og at en lyskurve endnu ikke var blevet bestemt for dette særlige system."

"Jeg indså også, at observationer var sparsomme, fordi fagfolk ikke har den luksus at bruge professionelle instrumenter til kontinuerlige observationer. På den anden side, ikke-professionelle kan foretage disse langsigtede observationer."

"Datasættet var ulig noget, jeg nogensinde havde set, " siger Antoniadis ved modtagelse af van Stadens data, "både med hensyn til kvalitet og tidsrum. Og jeg opfordrede André til at fortsætte med at observere så længe som muligt."

Observationer som van Stadens er kritiske til at besvare spørgsmål om udviklingen og det komplekse forhold mellem MSP'en og dens ledsager i "sort enke" og "redback"-binærfiler - par af stjerner, hvori pulsaren, ligesom dens spindlere navnebror, fortærer sin ledsager.

I et typisk scenarie, en nydannet neutronstjerne lever af gas, der er trukket fra ledsageren. Når pulsaren får masse, den får også vinkelmomentum og spinner hurtigere.

Til sidst, neutronstjernen roterer hundredvis af gange i sekundet. På dette tidspunkt, det går ind i den næste fase af sin udvikling. Neutronstjernen begynder at udsende stråler af intens stråling, som vi ser som et hurtigt pulserende signal:en pulsar er født.

På dette tidspunkt, pulsaren begynder også at afgive intens gammastråling og en stærk stjernevind, der holder strømmen af ​​materiale fra naboen. Ledsageren bliver ikke længere kannibaliseret af pulsaren, men det har kun handlet med de midler, hvormed det bliver forbrugt. Nu er strålingen og vinden fra pulsaren så intens, at de begynder at erodere den dødsdømte stjerne.

Så komplekse som disse MSP binære systemer er, de er kun blevet mere forvirrende i de senere år med observationer af, at pulsarer slukker og vender tilbage til en tilstand, hvor de føder materiale fra deres ledsager – og at de kan foretage denne overgang flere gange.

Det er blevet foreslået, at pulsarens stjernevind og stråling kan ligge bag overgangen. Men et yderligere resultat fra Antoniadis og van Stadens observationer er, at stjernevinden fra pulsaren ikke påvirker ledsageren.

Typisk, en pulsars stærke stjernevind og intense strålingsoutput skaber et "hotspot" på pulsarsiden af ​​ledsageren. Det er som om stjernen har en "dag" og "nat" side. Men tilstedeværelsen af ​​hotspottet kunne ikke spores i dataene. Dette kan betyde, at vinden enten er helt fraværende eller blæser i en anden retning end mod stjernen.

På den ene eller anden måde, dette tyder på, at ledsagerens magnetfelt – og ikke pulsarens stjernevind og stråling – kan være den mekanisme, der slukker for pulsarer.