En tilbagetrukket neutronstjerne kan være blevet fundet i en berømt supernova

Hvad er der tilbage af stjernen, der eksploderede lige uden for vores galakse i 1987? Affald har sløret videnskabsmænds syn, men to af NASAs røntgenteleskoper har afsløret nye spor.

Siden astronomer fangede den lyse eksplosion af en stjerne den 24. februar, 1987, forskere har ledt efter den knuste stjernekerne, der burde være blevet efterladt. En gruppe astronomer, der bruger data fra NASA-rummissioner og jordbaserede teleskoper, har måske endelig fundet det.

Som den første supernova synlig for det blotte øje i omkring 400 år, Supernova 1987A (eller forkortet SN 1987A) vakte stor begejstring blandt videnskabsmænd og blev hurtigt et af de mest undersøgte objekter på himlen. Supernovaen er placeret i den store magellanske sky, en lille ledsagergalakse til vores egen Mælkevej, kun omkring 170, 000 lysår fra Jorden.

Mens astronomer så affald eksplodere udad fra detonationsstedet, de ledte også efter, hvad der skulle være tilbage af stjernens kerne:en neutronstjerne.

Data fra NASAs Chandra X-ray Observatory og tidligere upublicerede data fra NASAs Nuclear Spectroscopic Telescope Array (NuSTAR), i kombination med data fra det jordbaserede Atacama Large Millimeter Array (ALMA) rapporteret sidste år, præsentere nu en spændende samling af beviser for tilstedeværelsen af ​​neutronstjernen i centrum af SN 1987A.

"I 34 år, astronomer har søgt gennem stjerneaffaldene fra SN 1987A for at finde den neutronstjerne, vi forventer at være der, " sagde lederen af ​​undersøgelsen, Emanuele Greco, fra universitetet i Palermo i Italien. "Der har været masser af hints, der har vist sig at være blindgyder, men vi tror, ​​at vores seneste resultater kunne være anderledes."

Når en stjerne eksploderer, det falder sammen om sig selv, før de ydre lag sprænges ud i rummet. Kompressionen af ​​kernen gør den til et ekstraordinært tæt objekt, med Solens masse klemt ind i et objekt kun omkring 10 miles på tværs. Disse objekter er blevet døbt neutronstjerner, fordi de næsten udelukkende er lavet af tætpakkede neutroner. De er laboratorier med ekstrem fysik, som ikke kan kopieres her på Jorden.

Hurtigt roterende og stærkt magnetiserede neutronstjerner, kaldet pulsarer, producere en fyr-lignende stråle af stråling, som astronomer registrerer som impulser, når dens rotation fejer strålen hen over himlen. Der er en undergruppe af pulsarer, der producerer vinde fra deres overflader - nogle gange med næsten lysets hastighed - der skaber indviklede strukturer af ladede partikler og magnetiske felter kendt som "pulsarvindtåger".

Med Chandra og NuSTAR, holdet fandt relativt lavenergi røntgenstråler fra SN 1987A's affald, der styrtede ind i omgivende materiale. Holdet fandt også beviser for højenergipartikler ved hjælp af NuSTARs evne til at detektere mere energiske røntgenstråler.

Der er to sandsynlige forklaringer på denne energiske røntgenstråling:enten en pulsarvindtåge, eller partikler, der accelereres til høje energier af eksplosionens eksplosionsbølge. Sidstnævnte effekt kræver ikke tilstedeværelsen af ​​en pulsar og opstår over meget større afstande fra eksplosionens centrum.

Den seneste røntgenundersøgelse understøtter sagen for pulsarvindtågen - hvilket betyder, at neutronstjernen skal være der - ved på et par fronter at argumentere mod scenariet med eksplosionsbølgeacceleration. Først, lysstyrken af ​​røntgenstråler med højere energi forblev omtrent den samme mellem 2012 og 2014, mens radioemissionen detekteret med Australia Telescope Compact Array steg. Dette går imod forventningerne til eksplosionsbølgescenariet. Næste, forfattere vurderer, at det ville tage næsten 400 år at accelerere elektronerne op til de højeste energier set i NuSTAR-dataene, som er over 10 gange ældre end levningens alder.

"Astronomer har spekuleret på, om der ikke er gået nok tid til, at en pulsar kan dannes, eller selv hvis SN 1987A skabte et sort hul, " sagde medforfatter Marco Miceli, også fra universitetet i Palermo. "Dette har været et vedvarende mysterium i et par årtier, og vi er meget glade for at bringe ny information til bordet med dette resultat."

Chandra- og NuSTAR-dataene understøtter også et 2020-resultat fra ALMA, der gav mulige beviser for strukturen af ​​en pulsarvindtåge i millimeterbølgelængdebåndet. Selvom denne "klat" har andre potentielle forklaringer, dens identifikation som en pulsarvindtåge kunne underbygges med de nye røntgendata. Dette er mere bevis, der understøtter ideen om, at der er en neutronstjerne tilbage.

Hvis dette virkelig er en pulsar i centrum af SN 1987A, det ville være den yngste nogensinde fundet.

"At være i stand til at se en pulsar i det væsentlige siden dens fødsel ville være uden fortilfælde, " sagde medforfatter Salvatore Orlando fra Palermo Astronomical Observatory, en National Institute for Astrophysics (INAF) forskningsfacilitet i Italien. "Det kan være en mulighed for en gang i livet at studere udviklingen af ​​en babypulsar."

Centrum af SN 1987A er omgivet af gas og støv. Forfatterne brugte state-of-the-art simuleringer til at forstå, hvordan dette materiale ville absorbere røntgenstråler ved forskellige energier, muliggør mere nøjagtig fortolkning af røntgenspektret – dvs. mængden af ​​røntgenstråler ved forskellige energier. Dette gør dem i stand til at vurdere, hvad spektret af de centrale regioner i SN 1987A er uden det slørende materiale.

Som det ofte er tilfældet, flere data er nødvendige for at styrke sagen for pulsarvindtågen. En stigning i radiobølger ledsaget af en stigning i relativt højenergi røntgenstråler i fremtidige observationer ville argumentere imod denne idé. På den anden side, hvis astronomer observerer et fald i højenergi røntgenstråler, så vil tilstedeværelsen af ​​en pulsarvindtåge blive bekræftet.

Stjerneaffaldet, der omgiver pulsaren, spiller en vigtig rolle ved i høj grad at absorbere dens lavere-energi røntgenstråling, gør den uopdagelig på nuværende tidspunkt. Modellen forudsiger, at dette materiale vil spredes i løbet af de næste par år, hvilket vil reducere dens absorberende kraft. Dermed, pulsar-emissionen forventes at dukke op om cirka 10 år, afslører eksistensen af ​​neutronstjernen.

Et papir, der beskriver disse resultater, bliver offentliggjort i denne uge i The Astrophysical Journal , og et fortryk er tilgængeligt online.