Nye observationer af krabbetågen og pulsarer afslører polariserede emissioner

Nye observationer af polariserede røntgenstråler fra Krabbetågen og Pulsar, offentliggjort i dag i Videnskabelige rapporter , kan hjælpe med at forklare pludselige blusser i Krabbens røntgenintensitet, samt give nye data til at modellere – og forstå – tågen.

Siden det først blev observeret for lidt mere end tusind år siden, Krabbetågen er blevet undersøgt af generationer af astronomer. Alligevel viser nye observationer fra forskere i Sverige, at dette "kosmiske fyrtårn" endnu ikke har opgivet alle sine hemmeligheder.

Forskernes observationer af polariserede røntgenstråler fra Krabbetågen og Pulsar, offentliggjort i dag i Videnskabelige rapporter , kan hjælpe med at forklare pludselige opblussen i krabbens røntgenintensitet, samt give nye data til modellering - og forståelse - af stjernetågen.

Polariseringen af ​​krabbe-røntgenstråler afslører, hvordan og hvor de produceres i tågens ekstreme miljø, siger Mark Pearce, Professor i fysik ved KTH og hovedforfatter på undersøgelsen.

"Vores målinger indikerer, at røntgenstrålerne kommer fra et organiseret område i nærheden af ​​pulsaren i midten af ​​stjernetågen, " siger Pearce. "Elektroner, der svirrer omkring magnetfeltlinjer i denne region, producerer røntgenstrålerne. Målingerne er foretaget i et uudforsket energiområde, så de giver ny information, som vil hjælpe med at løse gåden om, hvor høj energistråling der genereres."

I 1054 e.Kr. Kinesiske astronomer registrerede udseendet af en ny lysende stjerne på himlen - en begivenhed, vi nu omtaler som en supernova, eller eksploderende stjerne. Efterdønningerne af denne katastrofale begivenhed var en hurtigt roterende neutronstjerne:Krabbepulsaren, knap 15 km i diameter, men med en masse svarende til vores solsystems sol, omgivet af en ekspanderende tåge af partikler og stråling.

Neutronstjerner er en slags ultratæt zombiesol, der dannes, når en stjerne opbruger sit brændstof og kollapser på sig selv på grund af sin egen tyngdekraft. Hvis de var tættere, de ville være sorte huller.

Pearce siger, at mens detektering af Krabbens røntgenstråler er rutinemæssig forretning for forskningssatellitter, undersøge polariseringen af ​​disse emissioner - det vil sige det plan, hvori strålingsbølgerne svinger - er nyt territorium.

"Neutronstjerner er fascinerende objekter, " siger Pearce. "Krabbepulsaren roterer omkring en akse 30 gange i sekundet og producerer glimt af røntgenstråler - en slags kosmisk fyrtårn. Røntgenstrålerne opstår fra accelerationen af ​​elektroner i intense magnetfelter (10 billioner gange stærkere end jordens magnetfelt), op til energier, der typisk er hundrede gange højere, end der kan opnås ved LHC-acceleratoren."

I papiret offentliggjort i Videnskabelige rapporter den 10. august 2017, nyt lys kastes på pulsaren gennem nye målinger udført af et ballonbåret teleskop, PoGO+ ("PoGO plus"), fløjet i toppen af ​​atmosfæren i sommeren 2016.

Ligesom synligt lys eller radiobølger, Røntgenstråler er elektromagnetiske og kan polariseres, eller med andre ord, det elektriske felt kan svinge i et bestemt plan. Som regel, polariseringen kan ikke måles med røntgenteleskoper, så forskerne går glip af noget af informationen fra disse røntgenbudbringere, siger Pearce. PoGO+ -missionen blev udviklet specifikt til at måle polariseringen af ​​røntgenstråler fra Krabbe og andre himmellegemer, med det formål at åbne et nyt observationsvindue på disse objekter.

Da røntgenstråler let absorberes af jordens atmosfære, observationer skal finde sted højt i stratosfæren. I de tidlige timer den 12. juli 2016, en enorm, 1,1 millioner kubikmeter heliumballon med et specialbygget teleskop blev frigivet fra SSC Esrange Space Centre, nær Kiruna i det nordlige Sverige, at gøre netop det.

PoGO-målingerne er de første fremstillede i det såkaldte "hårde røntgen"-bånd, dækker energiområdet 20-160 keV, og levere nye data til krabbemodellering. Resultaterne fra PoGO-missionerne er de første fra en dedikeret røntgenpolarimetrimission i mere end 40 år. PoGO+ afslører, at en relativt høj andel, 21 procent, Krabbe-røntgenstråler er polariseret, selvom observationer omfattede både pulsar- og topologisk komplekse tåge.

Pearce siger, at dette indikerer, at røntgenstrålerne stammer fra et kompakt område med et velordnet magnetfelt. "Vinklen på polarisationsplanet er justeret til pulsarens rotationsakse, som forventet for elektroner, der genererer røntgenstråler gennem synkrotronprocesser, mens de er fanget i toroidale baner omkring pulsaren, " siger han. "Ved nøjagtigt at bestemme ankomsttidspunktet for røntgenstråler, PoGO+ var i stand til at skelne mellem røntgenstråler, der stammer fra tågen og pulsar."

Den samlede emission blev fundet at være domineret af tågen. Sammenligning af den målte nebula -polarisationsvinkel med den, der måles ved optiske bølgelængder, indikerer også, at emissionsstedet er forbundet med torus - en donutformet lysende struktur i den indre del af nebulaen. Pearce siger, at den lavere polarisationsvinkel set for pulsaren er i overensstemmelse med resultaterne ved optiske bølgelængder - en vigtig bekræftelse på, at disse mere ligetil målinger er en rimelig proxy for røntgenmodeller. PoGO+ polarisationsresultaterne er kompatible med dem, der er opnået i 2013 fra PoGOLite Pathfinder.

Konsistensen mellem disse resultater kan hjælpe med at klarlægge årsagen til pludselige stigninger i krabberøntgenintensiteten, som for nylig blev observeret. Sådanne udbrud var uventede for et objekt, der længe blev anset for at være et himmelsk standardlys til røntgenstråler.