Videnskab
 science >> Videnskab >  >> Astronomi

BÆRERE fanger rekordindstilling røntgenudbrud

Illustration, der viser et type I røntgenudbrud. Eksplosionen blæser først brintlaget af, som udvider sig og i sidste ende forsvinder. Så opbygges stigende stråling til det punkt, hvor den blæser af heliumlaget, som overhaler det ekspanderende brint. Nogle af de røntgenstråler, der udsendes i eksplosionen, spredes fra tilvækstskiven. Ildkuglen afkøles derefter hurtigt, og helium sætter sig tilbage på overfladen. Kredit:NASAs Goddard Space Flight Center/Chris Smith (USRA)

NASA's Neutron Star Interior Composition Explorer (NICER) teleskop på den internationale rumstation opdagede en pludselig stigning af røntgenstråler omkring kl. 22:04. EDT den 20. august. Udbruddet blev forårsaget af et massivt termonuklear flash på overfladen af ​​en pulsar, de knuste rester af en stjerne, der for længe siden eksploderede som en supernova.

Røntgenudbruddet, den lyseste set af NICER hidtil, kom fra et objekt ved navn SAX J1808.4-3658, eller J1808 for kort. Observationerne afslører mange fænomener, som aldrig er blevet set sammen i et enkelt udbrud. Ud over, den aftagende ildkugle lysnede igen kortvarigt af grunde, som astronomerne endnu ikke kan forklare.

"Dette udbrud var enestående, " sagde lederforsker Peter Bult, en astrofysiker ved NASAs Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland, og University of Maryland, College Park. "Vi ser en to-trins ændring i lysstyrken, som vi tror er forårsaget af udstødningen af ​​separate lag fra pulsaroverfladen, og andre funktioner, der vil hjælpe os med at afkode fysikken i disse magtfulde begivenheder."

Eksplosionen, som astronomer klassificerer som et type I røntgenudbrud, frigivet lige så meget energi på 20 sekunder, som Solen gør på næsten 10 dage. Detaljerne NICER, der er fanget på dette rekord-sættende udbrud, vil hjælpe astronomer med at finjustere deres forståelse af de fysiske processer, der driver de termonukleare opblussen af ​​den og andre bristende pulsarer.

En pulsar er en slags neutronstjerne, den kompakte kerne, der efterlades, når en massiv stjerne løber tør for brændstof, kollapser under sin egen vægt, og eksploderer. Pulsarer kan spinde hurtigt og være vært for røntgenstråleudsendende hot spots ved deres magnetiske poler. Mens objektet drejer, det fejer de varme punkter hen over vores synsfelt, producerer regelmæssige impulser af højenergistråling.

J1808 ligger omkring 11, 000 lysår væk i stjernebilledet Skytten. Den drejer med svimlende 401 rotationer hvert sekund, og er et medlem af et binært system. Dens ledsager er en brun dværg, et objekt, der er større end en gigantisk planet, men alligevel for lille til at være en stjerne. En jævn strøm af brintgas strømmer fra ledsageren mod neutronstjernen, og det akkumuleres i en enorm lagerstruktur kaldet en accretion disk.

Gas i accretion disks bevæger sig ikke let indad. Men hvert par år, skiverne omkring pulsarer som J1808 bliver så tætte, at en stor mængde af gassen bliver ioniseret, eller strippet for dets elektroner. Dette gør det sværere for lys at bevæge sig gennem disken. Den fangede energi starter en løbsk proces med opvarmning og ionisering, der fanger endnu mere energi. Gassen bliver mere modstandsdygtig over for strømning og begynder at spiralere indad, falder i sidste ende ned på pulsaren.

En termonuklear eksplosion på en pulsar kaldet J1808 resulterede i det lyseste udbrud af røntgenstråler til dato set af NASA's Neutron Star Interior Composition Explorer (NICER) teleskop. Eksplosionen, som fandt sted på en pulsar kendt som J1808 den 20. august, 2019, frigivet lige så meget energi på 20 sekunder, som vores sol gør på næsten 10 dage. Se for at se, hvordan videnskabsmænd tror, ​​at denne utrolige eksplosion fandt sted. Kredit:NASAs Goddard Space Flight Center

Brint, der regner på overfladen, danner en varm, stadigt dybere globalt "hav". I bunden af ​​dette lag, temperaturer og tryk stiger, indtil brintkerner smelter sammen og danner heliumkerner, som producerer energi - en proces, der arbejder i vores sols kerne.

"Heliumet sætter sig ud og bygger sit eget lag op, " sagde Goddards Zaven Arzoumanian, den stedfortrædende hovedefterforsker for NICER og en medforfatter af papiret. "Når heliumlaget er et par meter dybt, forholdene tillader heliumkerner at smelte sammen til kulstof. Så bryder heliumet eksplosivt ud og udløser en termonuklear ildkugle på tværs af hele pulsaroverfladen."

Astronomer anvender et koncept kaldet Eddington-grænsen - opkaldt efter den engelske astrofysiker Sir Arthur Eddington - til at beskrive den maksimale strålingsintensitet en stjerne kan have, før den stråling får stjernen til at udvide sig. Dette punkt afhænger stærkt af sammensætningen af ​​det materiale, der ligger over emissionskilden.

"Vores undersøgelse udnytter dette mangeårige koncept på en ny måde, " sagde medforfatter Deepto Chakrabarty, en professor i fysik ved Massachusetts Institute of Technology i Cambridge. "Vi ser tilsyneladende Eddington-grænsen for to forskellige sammensætninger i samme røntgenudbrud. Dette er en meget kraftfuld og direkte måde at følge de nukleare afbrændingsreaktioner, der ligger til grund for begivenheden."

Da udbruddet startede, BÆRERE data viser, at dens røntgenlysstyrke udjævnedes i næsten et sekund, før den igen steg i et langsommere tempo. Forskerne tolker denne "stall" som det øjeblik, hvor energien fra eksplosionen er opbygget nok til at blæse pulsarens brintlag ud i rummet.

Ildkuglen fortsatte med at bygge i yderligere to sekunder og nåede derefter sit højdepunkt, blæser det mere massive heliumlag af. Heliumet udvidede sig hurtigere, overhalede brintlaget før det kunne forsvinde, og derefter bremset, stoppede og satte sig tilbage på pulsarens overflade. Efter denne fase, pulsaren blev kortvarigt lysnet igen med omkring 20 procent af årsager, som holdet endnu ikke forstår.

Under J1808s seneste aktivitetsrunde, NICER opdagede en anden, meget svagere røntgenudbrud, der ikke viste nogen af ​​de vigtigste træk, der blev observeret i begivenheden den 20. august.

Ud over at detektere udvidelsen af ​​forskellige lag, BÆRE observationer af eksplosionen afslører røntgenstråler, der reflekteres fra accretionsskiven og registrerer flimren af ​​"burst-oscillationer" - røntgensignaler, der stiger og falder ved pulsarens spin-frekvens, men som forekommer på andre overfladeplaceringer end de ansvarlige hot spots. for sine normale røntgenimpulser.

Et papir, der beskriver resultaterne, er blevet offentliggjort af The Astrofysiske tidsskriftsbreve .


Varme artikler