Strålende med lyset fra millioner af sole

I 1980'erne, forskere begyndte at opdage ekstremt lyse kilder til røntgenstråler i de ydre dele af galakser, væk fra de supermassive sorte huller, der dominerer deres centre. I første omgang, forskere troede disse kosmiske objekter, kaldet ultraluminøse røntgenkilder, eller ULX'er, var heftige sorte huller med mere end ti gange solens masse. Men observationer fra 2014 fra NASAs NuSTAR og andre rumteleskoper viser, at nogle ULX'er, som lyser med røntgenlys svarende til millioner af sole i energi, er faktisk neutronstjerner-de udbrændte kerner af massive stjerner, der eksploderede. Tre sådanne ULX'er er hidtil blevet identificeret som neutronstjerner.

Nu, et Caltech-ledet team ved hjælp af data fra NASAs Chandra røntgenobservatorium har identificeret en fjerde ULX som en neutronstjerne-og fundet nye spor om, hvordan disse objekter kan skinne så stærkt.

Neutronstjerner er ekstremt tætte objekter - en teskefuld ville veje omkring en milliard tons, eller lige så meget som et bjerg. Deres tyngdekraft trækker omgivende materiale fra ledsagende stjerner op på dem, og mens der trækkes i dette materiale, den varmer op og lyser med røntgenstråler. Men da neutronstjernerne "føder sig" med sagen, der kommer en tid, hvor det resulterende røntgenlys skubber sagen væk. Astronomer kalder dette punkt-når objekterne ikke kan akkumulere stof hurtigere og afgive flere røntgenstråler-Eddington-grænsen.

”På samme måde som vi kun kan spise så meget mad ad gangen, der er grænser for, hvor hurtigt neutronstjerner kan samle stof, " siger Murray Brightman, en postdoktor ved Caltech og hovedforfatter til en ny rapport om resultaterne i Natur astronomi . "Men ULX'er bryder på en eller anden måde denne grænse for at afgive sådanne utroligt lyse røntgenstråler, og vi ved ikke hvorfor. "

I den nye undersøgelse, forskerne så på en ULX i Whirlpool-galaksen, også kendt som M51, som ligger omkring 28 millioner lysår væk. De analyserede arkiv røntgendata taget af Chandra og opdagede en usædvanlig dukkert i ULXs lysspektrum. Efter at have udelukket alle andre muligheder, de fandt ud af, at dip var fra et fænomen kaldet cyclotron resonansspredning, som opstår, når ladede partikler - enten positivt ladede protoner eller negativt ladede elektroner - cirkler rundt i et magnetfelt. Sorte huller har ikke magnetfelter og neutronstjerner har, så fundet afslørede, at netop denne ULX i M51 måtte være en neutronstjerne.

Cyklotronresonansspredning skaber sigende signaturer i en stjernes lysspektrum og tilstedeværelsen af ​​disse mønstre, kaldet cyclotronlinjer, kan give information om styrken af ​​stjernens magnetfelt - men kun hvis årsagen til linjerne, hvad enten det er protoner eller elektroner, er kendt. Forskerne har ikke et detaljeret nok spektrum af den nye ULX til at sige med sikkerhed.

"Hvis cyclotronlinjen er fra protoner, så ved vi, at disse magnetfelter omkring neutronstjernen er ekstremt stærke og kan faktisk være med til at bryde Eddington-grænsen, " siger Brightman. Sådanne stærke magnetiske felter kunne reducere trykket fra en ULX's røntgenstråler - det tryk, der normalt skubber stof væk - hvilket gør det muligt for neutronstjernen at forbruge mere stof end det typiske og skinne med de ekstremt klare røntgenstråler.

Hvis cyklotronlinjen er fra cirkulerende elektroner, i modsætning, så ville magnetfeltstyrken omkring neutronstjernen ikke være usædvanligt stærk, og dermed er feltet sandsynligvis ikke grunden til, at disse stjerner bryder Eddington-grænsen. For yderligere at løse mysteriet, forskerne planlægger at erhverve flere røntgendata om ULX i M51 og lede efter flere cyclotronlinjer i andre ULX'er.

"Opdagelsen af, at disse meget lyse objekter, længe tænkt som sorte huller med masser op til 1, 000 gange solens, er drevet af meget mindre massive neutronstjerner, var en stor videnskabelig overraskelse, "siger Fiona Harrison, Caltechs Benjamin M. Rosen professor i fysik; Kent og Joyce Kresa Leadership Chair for Division of Physics, Matematik og Astronomi; og hovedforsker for NuSTAR -missionen. "Nu kan vi faktisk få faste fysiske fingerpeg om, hvordan disse små genstande kan være så mægtige."