Mysteriet om usædvanligt neutronstjernesystem afsløret efter 20 år, tak til tusindvis af frivillige

Efter mere end to årtier, et internationalt forskerhold har identificeret en galaktisk mystisk kilde til gammastråler:en tung neutronstjerne med en følgesvend med meget lav masse, der kredser om den.

Ved at bruge nye dataanalysemetoder, der kører på omkring 10, 000 grafikkort i det distribuerede borgervidenskabsprojekt, Einstein@Home, holdet identificerede neutronstjernen ved dens regelmæssigt pulserende gammastråler i en dyb søgning efter data fra NASAs Fermi-satellit. Overraskende nok, neutronstjernen er fuldstændig usynlig i radiobølger. Det binære system blev karakteriseret med en observationskampagne på tværs af det elektromagnetiske spektrum, og slår flere rekorder.

Neutronstjernen drejer også rundt om sin egen akse ved mere end 30, 000 rpm, hvilket gør den til en af ​​de hurtigst roterende. På samme tid, dets magnetfelt - normalt ekstremt stærkt i neutronstjerner - er usædvanligt svagt.

Astronomiske observationer fra 2014 gjorde det muligt at bestemme egenskaberne for dobbeltstjernens kredsløb. "At en neutronstjerne står bag den gammastrålekilde, der har været kendt siden 1999, har været anset for sandsynligt siden 2009. I 2014 blev det efter observationer af systemet med optiske og røntgenteleskoper klart, at der er tale om et meget stramt binært system. Men alle søgninger for neutronstjernen i den har hidtil været forgæves, " siger medforfatter til undersøgelsen, Dr. Colin Clark fra Jodrell Bank Center for Astrophysics ved University of Manchester.

For utvetydigt at bevise eksistensen af ​​en neutronstjerne, ikke kun dets radiobølger eller gammastråler, men også deres karakteristiske pulsationer skal detekteres. Neutronstjernens rotation forårsager dette regelmæssige blink, ligner det periodiske blink fra et fjernt fyrtårn. Neutronstjernen kaldes da en radio- eller gammapulsar, henholdsvis.

"I binære systemer som det, vi nu har opdaget, pulsarer er kendt som 'sorte enker' fordi, som edderkopper af samme navn, de spiser deres partnere, så at sige, " forklarer Clark. "Pulsaren fordamper sin ledsager med sin stråling og en partikelvind, fylde stjernesystemet med plasma, der er uigennemtrængeligt for radiobølger.

"Dette var den første Spider-pulsar, der blev lavet gennem samarbejdet mellem Jodrell Bank og Albert Einstein Institute, men der er adskillige flere kandidat-edderkoppebinære filer ligesom denne. Vores gruppe i Jodrell Bank overvåger disse nøje med optiske teleskoper for at fastlægge deres omløbsperioder med den præcision, der kræves til gammastrålepulsationssøgninger for at identificere dem endegyldigt. Vi håber, at dette er den første af mange sådanne opdagelser."

Den nye forskning offentliggjort i dag i, Astrofysiske tidsskriftsbreve , blev gjort mulig takket være hjælpen til computerkraft fra 10, 000 frivillige. Det internationale samarbejde den enorme computerkraft i borgervidenskabsprojektet Einstein@Home som en ny dataanalysemetode til at spore neutronstjernens svage gammastrålepulseringer i data fra NASAs Fermi-rumteleskop.

De frivillige donerede inaktive computercyklusser på grafikkortene (GPU'er) på deres computere til Einstein@Home. På mindre end to uger, holdet gjorde en opdagelse, der ville have taget århundreders computertid på en konventionel computer.

"Det dobbelte stjernesystem og neutronstjernen i dens hjerte, nu kendt som PSR J1653-0158, sætte nye rekorder, " forklarer Lars Nieder, Ph.D. studerende ved Albert Einstein Institute (AEI), Hannover og førsteforfatter af undersøgelsen. "Vi har opdaget den galaktiske dans af en supersværvægter med en fluevægt. Med lidt mere end dobbelt så stor masse som vores Sol, neutronstjernen er ekstraordinært tung. Dens ledsager har omkring seks gange densiteten af ​​bly, men kun omkring 1 % af vores Sols masse. Dette 'ulige par' kredser hvert 75. minut, hurtigere end alle kendte sammenlignelige binære filer."

Efter at have identificeret gammastrålepulsaren, holdet ledte efter dets radiobølger. De fandt intet spor, selvom de brugte de største og mest følsomme radioteleskoper i verden, inklusive Jodrell Banks Lovell Telescope. PSR J1653-0158 bliver dermed den anden hurtigt roterende pulsar, hvorfra der ikke ses radiobølger. Der er to mulige forklaringer:Enten sender pulsaren ingen radiobølger mod Jorden, eller, mere sandsynligt, plasmaskyen omslutter dobbeltstjernesystemet så fuldstændigt, at ingen radiobølger når Jorden.

I et yderligere skridt, de søgte data fra den første og anden observationskørsel af de avancerede LIGO-detektorer for mulige gravitationsbølger, som neutronstjernen ville udsende, hvis den var lidt deformeret. Igen, søgningen mislykkedes.