Radioteleskop optager en sjælden fejl i et pulsars regelmæssige pulserende beat

Pulsarer er hurtigt roterende neutronstjerner, og nogle gange øger de pludselig deres rotationshastighed. Denne pludselige ændring af spinhastighed kaldes en "fejl", og jeg var en del af et hold, der optog en, der skete i Vela Pulsar, med resultaterne offentliggjort i dag i Nature.

Cirka 5-6% af pulsarerne er kendt for at fejle. Vela-pulsaren er måske den mest berømte - et meget sydligt objekt, der snurrer omkring 11,2 gange i sekundet og blev opdaget af videnskabsmænd i Australien i 1968.

Det er 1, 000 lysår væk, dens supernova opstod omkring 11. 000 år siden og cirka en gang hvert tredje år sætter denne pulsar pludselig fart i rotation.

Disse fejl er uforudsigelige, og man er aldrig blevet observeret med et radioteleskop stort nok til at se individuelle impulser.

For at forstå, hvad fejlen kan være, først skal vi forstå, hvad der gør en pulsar.

Stjerner, der kollapser

I slutningen af ​​en typisk stjernes liv, en af ​​tre ting kan ske.

En lille stjerne, svarende til størrelsen af ​​vores sol, vil bare stille og roligt udløbe som en ild, der slukker.

Hvis stjernen er tilstrækkelig stor, vil der opstå en supernova. Efter denne massive eksplosion vil resterne kollapse. Hvis objektet er tilstrækkeligt stort, vil dets flugthastighed være større end lysets hastighed, og et sort hul vil blive dannet.

Men hvis vi har en stjerne på størrelse med Guldlok, der er stor nok til at blive supernova, men lille nok til ikke at være et sort hul, vi får en neutronstjerne.

Tyngdekraften er så stærk, at elektronerne, der kredser om atomet, tvinges ind i kernen. De kombineres med protoner i kernen for at danne neutroner.

Disse objekter anslås at have en masse på omkring 1,4 gange vores sols masse. og en diameter på 20 km. Tætheden er sådan, at en kopfuld af dette materiale ville veje lige så meget som Mt Everest.

De roterer også ret hurtigt (og bremser meget gradvist over tid) samt har et massivt magnetfelt, tre billioner gange Jordens. Elektromagnetisk stråling udsendes fra begge ender af denne enorme roterende magnet.

Hvis nu en af ​​polerne på denne roterende magnet tilfældigvis fejer forbi Jorden, vi ser et kort "blink" i radiobølger (og andre frekvenser også) en gang hver rotation. Dette kaldes en pulsar.

Jagten på en 'fejl'

I 2014 startede jeg en seriøs observationskampagne med University of Tasmanias 26m radioteleskop, ved Mount Pleasant Observatory, med et mål om at fange Vela Pulsars fejl live i aktion.

Jeg indsamlede data med en hastighed på 640 MB for hver 10 sekunders fil, 19 timer om dagen, i de fleste dage over næsten fire år. Dette resulterede i over 3 PB data (1 petabyte er en million gigabyte), der blev indsamlet, bearbejdet og analyseret.

Den 12. december 2016, cirka 21:36 om natten, min telefon slukker med en sms, der fortæller mig, at Vela havde fejlet. Den automatiserede proces, jeg havde sat op, var ikke helt pålidelig – radiofrekvensinterferens (RFI) havde været kendt for at udløse den ved en fejl.

Så skeptisk loggede jeg ind, og kørte testen igen. Det var ægte! Spændingen var utrolig, og jeg blev oppe hele natten og analyserede dataene.

Det, der dukkede op, var ret overraskende og ikke, hvad der var forventet. Lige da fejlen opstod, pulsaren missede et slag. Den pulserede ikke.

Pulsen før denne "nul" var bred og mærkelig. Intet som jeg nogensinde havde set eller hørt om før.

De to efterfølgende pulser viste sig ikke at have nogen lineær polarisering, hvilket også var uhørt for Vela. Dette betød, at fejlen havde påvirket den stærke magnet, der driver emissionen, der kommer fra pulsaren.

Efter nul, et tog på 21 impulser ankom tidligt, og variansen i deres timings var meget mindre end normalt - også meget mærkeligt.

Fejlen forklarede, På en måde

Så hvad forårsager fejl? Den hypotese, der bedst understøttes, er, at neutronstjernen har en hård skorpe og en superflydende kerne. Den ydre skorpe er det, der bremser, mens den superflydende kerne roterer separat og ikke bremser.

Dette er en meget forenklet forklaring. Det, der virkelig sker, er ret komplekst og involverer mikroskopiske superfluid-hvirvler, der frigøres fra skorpens gitter.

Efter cirka tre år bliver forskellen i rotation mellem kernen og skorpen for stor, og kernen "griber" skorpen og fremskynder den. Dataene ser ud til at vise, at det tog omkring fem sekunder, før denne hastighed opstod. Dette er i den hurtigere ende af den skala, som teoretikerne havde forudsagt.

Alt dette og andre oplysninger kunne hjælpe os med at forstå, hvad der kaldes "tilstandsligningen" - hvordan stof opfører sig ved forskellige temperaturer og tryk - i et laboratorium, som vi simpelthen ikke kan skabe her på Jorden.

Det giver os også for første gang, et indblik i en neutronstjernes indre funktion.

Denne artikel blev oprindeligt publiceret på The Conversation. Læs den originale artikel.