Astrofysikere studerer foryngende pulsar i en nabogalakse

Lomonosov Moscow State University-forskere offentliggjorde resultaterne af en undersøgelse af en unik ultra-langsom pulsar XB091D. Denne neutronstjerne menes at have fanget en ledsager for kun en million år siden, og siden da, har langsomt genoprettet sin hurtige rotation. Den unge pulsar er placeret i en af ​​de ældste kugleformede stjernehobe i Andromedagalaksen, hvor hoben engang kan have været en dværggalakse.

Massive unge stjerner dør, eksploderer som lyse supernovaer. I denne proces, de kaster ydre lag af materiale af sig, og kernen krymper, som regel bliver en kompakt og supertæt neutronstjerne. Stærkt magnetiseret, disse roterer hurtigt, lave hundredvis af omdrejninger i sekundet, men de mister til sidst deres rotationsenergi og sænker farten, udsender smalle stråler af partikler. De udstråler en fokuseret radioemission, der periodisk passerer Jorden, skabe effekten af ​​en regelmæssigt pulserende kilde, ofte med en millisekundperiode.

For at genoprette dens ungdom og fremskynde dens rotation, pulsaren kan parre sig med en almindelig stjerne. Efter at have slået sig sammen for at danne et binært system, neutronstjernen begynder at trække stof fra stjernen, danner en varm tilvækstskive omkring sig selv. Tættere på neutronstjernen, gasskiven rives fra hinanden af ​​neutronstjernens magnetfelt, og sagen strømmer ind på det, danner et "hot spot" - temperaturen her når millioner af grader, og stedet udstråler i røntgenspektret. En roterende neutronstjerne kan så ses som en røntgenpulsar, mens det stof, der fortsætter med at falde ned i det, accelererer rotationen.

For omkring 100 000 år - blot et blink i universets historie - den gamle pulsar, som allerede er aftaget til en omdrejning hvert par sekunder, kan igen spinde tusindvis af gange hurtigere. En sådan sjælden begivenhed blev observeret af et hold af astrofysikere fra Lomonosov Moscow State University, sammen med kolleger fra Italien og Frankrig. Røntgenpulsaren kendt som XB091D blev opdaget på de tidligste stadier af sin "foryngelse, " og viser sig at være den langsomste roterende af alle hidtil kendte kuglehobepulsarer. Neutronstjernen gennemfører en omdrejning på 1,2 sekunder - mere end 10 gange langsommere end den tidligere rekordholder. Ifølge videnskabsmænd, accelerationen af ​​pulsaren begyndte for mindre end 1 million år siden.

Opdagelsen blev gjort ved hjælp af observationer indsamlet af XMM-Newton rumobservatoriet mellem 2000 og 2013, som blev kombineret af astronomer fra Lomonosov Moscow State University til en åben online database. Adgang til information om cirka 50 milliarder røntgenfotoner har allerede gjort det muligt for forskere fra forskellige lande at opdage en række tidligere ubemærkede objekter. Blandt dem var pulsaren XB091D, som også blev bemærket af en anden gruppe italienske astronomer, som offentliggjorde deres resultater for flere måneder siden. XB091D er kun den anden pulsar fundet uden for vores galakse og dens nærmeste satellitter, selvom yderligere to sådanne pulsarer efterfølgende blev opdaget ved hjælp af det samme onlinekatalog.

Resultaterne af den første komplette analyse af røntgenkilden XB091D præsenteres i en artikel udgivet af Ivan Zolotukhin, en forsker ved Lomonosov Moscow State University, og hans medforfattere i The Astrophysical Journal .

"Detektorerne på XMM-Newton detekterer kun én foton fra denne pulsar hvert femte sekund. Derfor, søgningen efter pulsarer blandt de omfattende XMM-Newton-data kan sammenlignes med søgningen efter en nål i en høstak, " siger Ivan Zolotukhin. "Faktisk, til denne opdagelse var vi nødt til at skabe helt nye matematiske værktøjer, der gjorde det muligt for os at søge og udtrække det periodiske signal. Teoretisk set, der er mange applikationer til denne metode, inklusive dem uden for astronomi."

Baseret på i alt 38 XMM-Newton observationer, astronomer formåede at karakterisere XB091D-systemet. Røntgenpulsaren er omkring 1 million år gammel, neutronstjernens følgesvend er en gammel stjerne af moderat størrelse (ca. fire femtedele af solens masse). Selve det binære system har en rotationsperiode på 30,5 timer, og neutronstjernen snurrer én gang om sin akse hvert 1,2 sekund. I omkring 50, 000 år, den vil accelerere tilstrækkeligt til at blive til en konventionel millisekundpulsar.

Astronomer var også i stand til at bestemme miljøet omkring XB091D. Ivan Zolotukhin og hans kolleger viste, at XB091D er placeret i den nærliggende Andromeda-galakse, 2,5 millioner lysår væk, blandt stjernerne i den ekstremt tætte kuglehob B091D, hvor, i et volumen på kun 90 lysår på tværs, der er mange millioner gamle, svage stjerner. Selve klyngen anslås at være så meget som 12 milliarder år gammel, så ingen nyere supernovaer, der resulterede i fødslen af ​​en pulsar, ville have fundet sted.

"I vores galakse, ingen sådanne langsomme røntgenpulsarer observeres i 150 kendte kuglehobe, fordi deres kerner ikke er store og tætte nok til at danne tætte binære stjerner med en tilstrækkelig høj hastighed, " forklarer Ivan Zolotukhin. "Dette indikerer, at B091D-klyngekernen, med en ekstremt tæt sammensætning af stjerner i XB091D, er meget større end den sædvanlige klynge. Så vi har at gøre med et stort og ret sjældent objekt – med en tæt rest af en lille galakse, som Andromeda-galaksen engang fortærede. Tætheden af ​​stjernerne her, i et område, der er omkring 2,5 lysår på tværs, er omkring 10 millioner gange højere end i nærheden af ​​solen."

Ifølge videnskabsmænd, det er det store område af stjerner med superhøj tæthed i B091D-hoben, der gjorde det muligt for en neutronstjerne at fange en ledsager for omkring 1 million år siden og begynde processen med acceleration og "foryngelse".