Den overraskende opdagelse af en ny klasse pulserende røntgenstjerner

En overraskende ny klasse af røntgenpulserende variable stjerner er blevet opdaget af et team af amerikanske og canadiske astronomer under ledelse af Villanova Universitets Scott Engle og Edward Guinan. En del af Villanova Secret Lives of Cepheids -programmet, de nye røntgenobservationer, opnået af NASAs Chandra røntgenobservatorium og offentliggjort torsdag, 23. marts i Astrofysisk Journal , afsløre, at den lyse prototype af klassiske cepheider, d Cephei, er en periodisk pulserende røntgenkilde.

Medlemmer af forskergruppen, der delte i opdagelsen, omfattede Graham Harper, Colorado universitet; Nancy Remage Evans, Harvard Center for Astrofysik; Manfred Cuntz, University of Texas, Arlington; og Hilding Neilson, University of Toronto.

Prototypestjernen, som alle Cepheider er opkaldt efter, d Cephei (d Cep) er, i en afstand af 890 lysår væk, også en af ​​de nærmeste af sin type. Cepheids er en berømt klasse af pulserende variable stjerner og blandt de mest astronomisk vigtige objekter i universet. Ved at måle pulseringsperioder og lysstyrke hos Cepheids kan astrofysikere måle afstande til andre galakser og kalibrere den ekstragalaktiske afstandsskala. Cepheider spiller også en stadig vigtigere rolle i bestræbelserne på at måle universets ekspansionshastighed præcist og løse den udviklende Hubble -uoverensstemmelse.

For nylig returnerede data for d Cep fra Chandra røntgenobservatorium, kombineret med tidligere røntgenforanstaltninger sikret med XMM-Newton røntgensatellit, har vist, at d Cep har røntgenvariationer, der forekommer i overensstemmelse med superkæmpestjernens pulsationsperiode på 5,4 dage. Røntgenstråler observeres i alle faser af stjernens pulsationer, men stiger kraftigt med ~ 400% nær de tidspunkter, hvor stjernen svulmer til sin maksimale diameter på omkring 45 gange Solens.

"Vores første røntgenobservationer af cepheider blev foretaget i 2006, og vores første opdagelser blev mødt med en smule skepsis. Forestillingen om, at Cepheids kunne være røntgenaktiv, virkede langt ude, fordi disse stjerner kun er et par gange mere massive og lidt varmere end Solen, "sagde Engle." Over et årti senere, vi har endelig vist, at de faktisk kan være røntgenvariable, men arbejdet er langt fra slut. Nu skal vi forstå, hvordan de genererer og modulerer deres røntgenemissioner, og hvilken virkning dette kan have på loven om periode for lysstyrke i lysstyrken. "

d Cep er en lys stjerne, let set uden et teleskop mod nord i stjernebilledet Cepheus. Denne gule superkæmpe stjerne, hvis variationer i optisk lysstyrke blev opdaget i 1784, var en af ​​de første variable stjerner, man kendte. Dens lysvariationer er resultatet af radiale pulsationer, hvor stjernen trækker sig sammen og udvides med den samme periode på 5,4 dage som variationerne i lysstyrke. Overfladen på d Cep når supersoniske hastigheder på omkring 82, 000 miles i timen, mens stjernen krymper og vokser med cirka 2 millioner miles i hver pulseringsperiode. Der er fundet tusinder af cepheider i vores galakse såvel som i andre galakser hundredvis af millioner lysår væk.

Analyser af røntgendata indikerer den uventede tilstedeværelse af meget varme plasmaer i d Cep, med temperaturer over 10 millioner grader Celsius. Det er endnu ikke sikkert, om røntgenstrålerne stammer fra pulsationsinducerede stødbølger i stjernens dynamiske atmosfære, eller fra dannelsen af ​​et stjernemagnetisk felt, der bliver sammenfiltret, udsender røntgenstråler. Andre cepheider bliver undersøgt for at forstå kilden til de opvarmede, Røntgenstrålende plasmaer. Mindst to yderligere Cepheider viser potentiel røntgenvariation.

Forskergruppen ledet af Engle og Guinan brugte tidligere Hubble -rumteleskopet til at studere ultraviolette emissionslinjer fra d Cep og andre Cepheids. Disse emissionsledninger stammer fra plasmaer på op til 300, 000 grader Celsius; køligere end røntgenstrålende plasmaer, men stadig langt varmere end stjernernes overflader. De ultraviolette emissioner varierer også i overensstemmelse med Cepheidernes pulseringsperioder, men stiger kraftigt, efter at Cepheid når minimumsradius, i modsætning til røntgenemissionerne, der topper lige efter maksimal radius. Holdet studerer stadig præcis, hvorfor ultraviolette og røntgenemissioner topper i så forskellige faser af stjernens pulsationer.

"Klassiske Cepheid-stjerner betragtes som de vigtigste variable stjerner på himlen. Disse pulserende supergigantstjerner er blevet brugt siden midten af ​​1920'erne af Edwin Hubble og andre astronomer til at måle afstandene til galakser og bestemme universets ekspansionshastighed, "sagde Guinan." Efter mange forsøg, manglende opdagelse af røntgenstråler fra Cepheids i løbet af 1980-90'erne fik astronomer til at opgive dem som potentielle røntgenstjerner. Så det var en stor (men behagelig) overraskelse at finde røntgenemission fra d Cep og flere andre Cepheids. "

Denne opdagelse af røntgenstråler for d Cep og nogle andre Cepheider er den nyeste på en liste over nyligt opdagede Cepheid-egenskaber. Disse omfatter cirkelstellende gas og støvede miljøer, infrarøde overskridelser, ultraviolette emissionsledninger, og cyklus-til-cyklus variationer i stjernernes periodiske lysændringer. Denne kombination af opdagelser viser, at Cepheids, efter mere end to århundreders undersøgelse, stadig har deres hemmeligheder. I betragtning af Cepheids astrofysiske og kosmologiske betydning, og de høje præcisioner, der kræves for at teste kosmologiske modeller, disse nye opdagelser burde forstås bedre. Røntgenobservationer af andre lyse cepheider er planlagt til at opklare deres røntgenadfærd.