XMM-Newton spionerer de første klare røntgenudbrud fra et massivt stjernefyrtårn

I 2014 ESA's XMM-Newton opdagede røntgenstråler fra den massive stjerne Rho Ophiuchi A og, sidste år, fandt disse til at ebbe ud og flyde med jævne mellemrum i form af intense opblussen - begge uventede resultater. Holdet har nu brugt ESO's Very Large Telescope til at finde ud af, at stjernen kan prale af et stærkt magnetfelt, bekræfter sin status som et kosmisk fyrtårn.

Stjerner som solen er kendt for at producere stærke røntgenudbrud, men massive stjerner ser ud til at være meget forskellige. I stjerner op mod otte solmasser er røntgenstrålingen stabil, og ingen sådan stjerne var med sikkerhed blevet observeret gentagne gange at blusse i denne del af spektret - indtil for nylig.

I 2014 et hold videnskabsmænd brugte ESA's XMM-Newton rumobservatorium til at observere en massiv stjerne ved navn Rho Ophiuchi A. Denne stjerne sidder i hjertet af Rho Ophiuchi Dark Cloud, en nærliggende region kendt for aktivt at danne nye stjerner. Overraskende nok, dataene viste en overflod af røntgenstråler, der strømmede ud fra stjernen, får holdet til at se nærmere.

"Vi observerede stjernen med XMM-Newton i næsten 40 timer og fandt noget endnu mere uventet, " siger Ignazio Pillitteri fra INAF-Osservatorio Astronomico di Palermo, Italien, og leder af forskningsgruppen.

"I stedet for en glat, konstant emission, røntgenstrålerne pulserede periodisk udad fra Rho Ophiuchi A, varierende over en periode på omkring 1,2 dage, mens stjernen roterede – som et røntgenfyrtårn! Dette er et ganske nyt fænomen i stjerner, der er større end solen."

Rho Ophiuchi A er langt varmere og mere massiv end vores moderstjerne. Det er stadig ukendt, hvordan røntgenstråler genereres i sådanne stjernesværvægtere; en mulighed er en stærk iboende magnetisme, som ville kunne observeres via tegn på overflademagnetisme. Imidlertid, hvordan et sådant magnetfelt ville blive til – og hvordan det ville være forbundet med enhver røntgenudsendelse – er stadig uklart.

"Vi gættede på, at der kan være en kæmpe aktiv magnetisk plet på overfladen af ​​Rho Ophiuchi A - lidt ligesom en solplet, kun langt større og mere stabil, " tilføjer Pillitteri.

"Når stjernen roterer, dette sted ville komme ind og ud af syne, forårsager de observerede pulserende røntgenstråler. Imidlertid, denne idé var noget usandsynlig; pletter på stjerner dannes, når et indre magnetfelt springer ud til overfladen, og vi ved, at kun én ud af ti massive stjerner har et målbart magnetfelt."

En anden måde, hvorpå den pulserende 'fyrtårnseffekt' kunne skabes, er via en følgesvend med lavere masse i kredsløb, der tilføjede sine egne rigelige røntgenstråler til lyset, der tilskrives Rho Ophiuchi A; denne røntgenstråleemission ville variere i styrke, da den hypotetiske mindre stjerne krydsede foran og bag Rho Ophiuchi A i løbet af dens 1,2-dages kredsløb. Holdet overvejede også denne mulighed:at Rho Ophiuchi A kunne have en lille, uset, følgesvend med lavere masse i en meget snæver bane.

"For at finde ud af det på en eller anden måde, vi skyndte os at få magnetiske målinger af Rho Ophiuchi A ved hjælp af et af de største jordbaserede teleskoper, der findes:ESO's Very Large Telescope, " siger Lida Oskinova fra University of Potsdam, Tyskland, et medlem af det internationale team, der udførte undersøgelsen.

"Spændende nok, disse målinger bekræftede en af ​​vores forudsigelser og viste, at røntgenstrålerne højst sandsynligt er forbundet med magnetiske strukturer på stjernens overflade."

Disse målinger blev foretaget i synligt lys ved hjælp af en teknik kendt som spektropolarimetri, som involverer at studere forskellige bølgelængder af polariseret lys, der udgår fra en stjerne. Dataene viste, at Rho Ophiuchi A havde et intenst magnetfelt, der er omkring 500 gange stærkere end solens.

"Sådan et stærkt felt er let i stand til at producere den slags flares, vi har set, " siger Pillitteri.

"Dette bekræfter, at det, vi opdagede ved hjælp af XMM-Newton, faktisk var røntgenudbrud på Rho Ophiuchi A, at massive stjerner kan være magnetisk aktive - som vist af de optiske observationer - og at denne aktivitet kan ses i røntgenstråler."

De kombinerede data indikerer, at Rho Ophiuchi A er den eneste stjerne af sin type, der har et bekræftet aktivt magnetisk område på sin overflade, der udsender røntgenstråler. Jagt efter lignende adfærd hos stjerner som Rho Ophiuchi A vil hjælpe videnskabsmænd til at forstå, hvor udbredt dette fænomen er, og udrede mere om sådanne stjerners magnetiske egenskaber.

"Denne undersøgelse er vigtig i vores udforskning af massive stjerner - der er meget, vi stadig ikke forstår om disse objekter, siger Norbert Schartel, ESA XMM-Newton Project Scientist.

"Sammen, XMM-Newtons og Very Large Telescopes ekstraordinære egenskaber har nu afsløret endnu en brik i puslespillet."

"Som en bonus det illustrerer videnskabens proces meget godt - at finde noget interessant eller usædvanligt, at undersøge og komme med et par mulige hypoteser, og følge op med mere observation for at finde ud af, hvad der er korrekt. Det er et vidunderligt eksempel på et internationalt samarbejde mellem teleskoper, både i kredsløb og på jorden, arbejder sammen for at udforske og forklare de fænomener, vi ser i hele kosmos."