ALMA finder mulige tegn på neutronstjerne i supernova 1987A

To hold af astronomer har lavet en overbevisende sag i det 33 år gamle mysterium omkring Supernova 1987A. Baseret på observationer af Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) og en teoretisk opfølgningsundersøgelse, forskerne giver ny indsigt i argumentet om, at en neutronstjerne gemmer sig dybt inde i resterne af den eksploderede stjerne. Dette ville være den yngste neutronstjerne kendt til dato.

Lige siden astronomer var vidne til en af ​​de klareste eksplosioner af en stjerne på nattehimlen, oprettelse af Supernova 1987A (SN 1987A), de har ledt efter en kompakt genstand, der skulle have dannet sig i resterne fra eksplosionen.

Fordi partikler kendt som neutrinoer blev opdaget på Jorden på dagen for eksplosionen (23. februar 1987), astronomer forventede, at der var dannet en neutronstjerne i stjernens kollapsede centrum. Men da videnskabsmænd ikke kunne finde noget bevis for den stjerne, de begyndte at spekulere på, om det efterfølgende kollapsede i et sort hul i stedet for. I årtier har det videnskabelige samfund ivrigt ventet på et signal fra dette objekt, der har gemt sig bag en meget tyk støvsky.

'klatten'

For nylig, Observationer fra ALMA-radioteleskopet gav den første indikation af den manglende neutronstjerne efter eksplosionen. Ekstremt højopløselige billeder afslørede en varm "klat" i den støvede kerne af SN 1987A, som er lysere end omgivelserne og matcher neutronstjernens formodede placering.

"Vi var meget overraskede over at se denne varme klat lavet af en tyk sky af støv i supernova-resten, " sagde Mikako Matsuura fra Cardiff University og et medlem af holdet, der fandt klatten med ALMA. "Der skal være noget i skyen, som har varmet støvet op, og som får det til at skinne. Det er derfor, vi foreslog, at der gemmer sig en neutronstjerne inde i støvskyen."

Selvom Matsuura og hendes team var begejstrede for dette resultat, de undrede sig over klattens lysstyrke. "Vi troede, at neutronstjernen måske var for lys til at eksistere, men så offentliggjorde Dany Page og hans team en undersøgelse, der viste, at neutronstjernen faktisk kan være så lysstærk, fordi den er så meget ung, " sagde Matsuura.

Dany Page er astrofysiker ved National Autonomous University of Mexico, der har studeret SN 1987A fra starten. "Jeg var halvvejs i min Ph.D., da supernovaen skete, " han sagde, "det var en af ​​de største begivenheder i mit liv, der fik mig til at ændre kursen i min karriere for at prøve at løse dette mysterium. Det var som en moderne hellig gral."

Den teoretiske undersøgelse af Page og hans team, offentliggjort i dag i The Astrophysical Journal , støtter kraftigt ALMA-teamets forslag om, at en neutronstjerne driver støvklatten. "På trods af den ekstreme kompleksitet af en supernovaeksplosion og de ekstreme forhold, der hersker i det indre af en neutronstjerne, påvisningen af ​​en varm klat støv er en bekræftelse af flere forudsigelser, " Forklarede siden.

Disse forudsigelser var neutronstjernens placering og temperatur. Ifølge supernova-computermodeller, eksplosionen har "sparket" neutronstjernen væk fra dens fødested med en hastighed på hundredvis af kilometer i sekundet (tivis af gange hurtigere end den hurtigste raket). Klatten er præcis på det sted, hvor astronomer tror, ​​at neutronstjernen ville være i dag. Og neutronstjernens temperatur, som blev forudsagt at være omkring 5 millioner grader Celsius, giver nok energi til at forklare klattens lysstyrke.

Ikke en pulsar eller et sort hul

I modsætning til almindelige forventninger, neutronstjernen er sandsynligvis ikke en pulsar. "En pulsars kraft afhænger af, hvor hurtigt den drejer og af dens magnetiske feltstyrke, som begge skulle have meget finjusterede værdier for at matche observationerne, " sagde Page, "mens den termiske energi, der udsendes af den varme overflade af den unge neutronstjerne, naturligt passer til dataene."

"Neutronstjernen opfører sig præcis, som vi havde forventet, " tilføjede James Lattimer fra Stony Brook University i New York, og medlem af Pages forskningsteam. Lattimer har også fulgt SN 1987A tæt, at have publiceret forud for SN 1987A forudsigelser af en supernovas neutrinosignal, der efterfølgende matchede observationerne. "De neutrinoer antydede, at der aldrig blev dannet et sort hul, og desuden synes det svært for et sort hul at forklare klattens observerede lysstyrke. Vi sammenlignede alle muligheder og konkluderede, at en varm neutronstjerne er den mest sandsynlige forklaring."

Denne neutronstjerne er 25 km bred, ekstremt varm kugle af ultratæt stof. En teskefuld af dets materiale ville veje mere end alle bygningerne i New York City tilsammen. Fordi den kun kan være 33 år gammel, det ville være den yngste neutronstjerne nogensinde fundet. Den næstyngste neutronstjerne, som vi kender til, er placeret i supernova-resten Cassiopeia A og er 330 år gammel.

Kun et direkte billede af neutronstjernen ville give et sikkert bevis på, at den eksisterer, men for det kan astronomerne muligvis vente et par årtier mere, indtil støvet og gassen i supernovaresten bliver mere gennemsigtig.

Detaljerede ALMA billeder

Selvom mange teleskoper har lavet billeder af SN 1987A, ingen af ​​dem har været i stand til at observere dens kerne med så høj præcision som ALMA. Tidligere (3-D) observationer med ALMA viste allerede de typer molekyler, der findes i supernova-resten, og bekræftede, at den producerede enorme mængder støv.

"Denne opdagelse bygger på mange års ALMA-observationer, viser kernen af ​​supernovaen mere og mere detaljeret takket være de fortsatte forbedringer af teleskopet og databehandling, " sagde Remy Indebetouw fra National Radio Astronomy Observatory og University of Virginia, som har været en del af ALMAs billedbehandlingsteam.