NuSTAR-missionen beviser, at superstjernen Eta Carinae skyder kosmiske stråler

En ny undersøgelse, der bruger data fra NASAs NuSTAR rumteleskop, tyder på, at Eta Carinae, det mest lysende og massive stjernesystem inden for 10, 000 lysår, accelererer partikler til høje energier - hvoraf nogle kan nå Jorden som kosmiske stråler.

"Vi ved, at eksplosionsbølgerne fra eksploderede stjerner kan accelerere kosmiske strålepartikler til hastigheder, der kan sammenlignes med lysets, et utroligt energiboost, " sagde Kenji Hamaguchi, en astrofysiker ved NASAs Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland, og hovedforfatteren af ​​undersøgelsen. "Lignende processer skal forekomme i andre ekstreme miljøer. Vores analyse viser, at Eta Carinae er en af ​​dem."

Astronomer ved, at kosmiske stråler med energier større end 1 milliard elektronvolt (eV) kommer til os fra hinsides vores solsystem. Men fordi disse partikler – elektroner, protoner og atomkerner - alle bærer en elektrisk ladning, de går ud af kurs, når de møder magnetiske felter. Dette forvrider deres veje og maskerer deres oprindelse.

Eta Carinae, ligger omkring 7, 500 lysår væk i den sydlige konstellation Carina, er berømt for et udbrud fra det 19. århundrede, der kortvarigt gjorde den til den næstklareste stjerne på himlen. Denne begivenhed udstødte også en massiv timeglas-formet tåge, men årsagen til udbruddet er stadig dårligt forstået.

Systemet indeholder et par massive stjerner, hvis excentriske kredsløb bringer dem usædvanligt tæt på hvert 5,5 år. Stjernerne indeholder 90 og 30 gange vores Sols masse og passerer 140 millioner miles (225 millioner kilometer) fra hinanden, når de nærmer sig det nærmeste - omtrent den gennemsnitlige afstand, der adskiller Mars og Solen.

"Begge Eta Carinaes stjerner driver kraftige udstrømninger kaldet stjernevinde, " sagde teammedlem Michael Corcoran, også hos Goddard. "Hvor disse vinde kolliderer med ændringer under orbitalcyklussen, som producerer et periodisk signal i lavenergi røntgenstråler, vi har fulgt i mere end to årtier."

NASAs Fermi Gamma-ray rumteleskop observerer også en ændring i gammastråler - lys, der pakker langt mere energi end røntgenstråler - fra en kilde i retning af Eta Carinae. Men Fermis syn er ikke så skarpt som røntgenteleskoper, så astronomer kunne ikke bekræfte forbindelsen.

For at bygge bro mellem lavenergi røntgenovervågning og Fermi-observationer, Hamaguchi og hans kolleger henvendte sig til NuSTAR. Lanceret i 2012, NuSTAR kan fokusere røntgenstråler med meget større energi end noget tidligere teleskop. Brug af både nyoptagne og arkiveringsdata, holdet undersøgte NuSTAR-observationer erhvervet mellem marts 2014 og juni 2016, sammen med lavenergi røntgenobservationer fra Den Europæiske Rumorganisations XMM-Newton-satellit i samme periode.

Eta Carinaes lavenergi, eller blød, Røntgenstråler kommer fra gas i grænsefladen af ​​de kolliderende stjernevinde, hvor temperaturen overstiger 70 millioner grader Fahrenheit (40 millioner grader Celsius). Men NuSTAR registrerer en kilde, der udsender røntgenstråler over 30, 000 eV, omkring tre gange højere, end det kan forklares med stødbølger i de kolliderende vinde. Til sammenligning, energien af ​​synligt lys varierer fra omkring 2 til 3 eV.

Teamets analyse, præsenteret i et papir offentliggjort mandag, 2. juli, i Natur astronomi , viser, at disse "hårde" røntgenstråler varierer med den binære omløbsperiode og viser et lignende mønster af energioutput som gammastrålerne observeret af Fermi.

Forskerne siger, at den bedste forklaring på både den hårde røntgen- og gammastråling er elektroner, der accelereres i voldsomme chokbølger langs grænsen af ​​de kolliderende stjernevinde. Røntgenstrålerne detekteret af NuSTAR og gammastrålerne detekteret af Fermi stammer fra stjernelys givet et enormt energiboost ved interaktioner med disse elektroner.

Nogle af de superhurtige elektroner, såvel som andre accelererede partikler, må undslippe systemet og måske nogle til sidst vandrer til Jorden, hvor de kan detekteres som kosmiske stråler.

"Vi har i nogen tid vidst, at regionen omkring Eta Carinae er kilden til energetisk emission i højenergi røntgenstråler og gammastråler", sagde Fiona Harrison, hovedforsker af NuSTAR og professor i astronomi ved Caltech i Pasadena, Californien. "Men indtil NuSTAR var i stand til at lokalisere strålingen, vis det kommer fra det binære og studere dets egenskaber i detaljer, oprindelsen var mystisk."