Kæmpe radioimpulser fra pulsarer er hundredvis af gange mere energiske end tidligere antaget

Et globalt videnskabeligt samarbejde ved hjælp af data fra NASA's Neutron Star Interior Composition Explorer (NICER) teleskop på den internationale rumstation har opdaget røntgenbølger, der ledsager radioudbrud fra pulsaren i Krabbetågen. Fundet viser, at disse brister, kaldet kæmpe radioimpulser, frigiver langt mere energi end tidligere antaget.

En pulsar er en type hurtigt roterende neutronstjerne, den knuste, kerne på størrelse med en stjerne, der eksploderede som en supernova. En ung, isoleret neutronstjerne kan snurre dusinvis af gange hvert sekund, og dets hvirvlende magnetiske felt driver stråler af radiobølger, synligt lys, røntgenstråler, og gammastråler. Hvis disse stråler fejer forbi Jorden, astronomer observerer urlignende emissionsimpulser og klassificerer objektet som en pulsar.

"Ud af mere end 2, 800 pulsarer katalogiseret, Krabbepulsaren er en af ​​de få, der udsender gigantiske radioimpulser, som forekommer sporadisk og kan være hundreder til tusindvis af gange lysere end de almindelige pulser, " sagde ledende videnskabsmand Teruaki Enoto ved RIKEN Cluster for Pioneering Research i Wako, Saitama præfekturet, Japan. "Efter årtiers observationer, kun Krabben har vist sig at forbedre sine gigantiske radioimpulser med emission fra andre dele af spektret."

Den nye undersøgelse, som vises i 9. april-udgaven af Videnskab og er nu tilgængelig online, analyseret den største mængde samtidige røntgen- og radiodata, der nogensinde er indsamlet fra en pulsar. Det udvider det observerede energiområde forbundet med dette forbedringsfænomen tusindvis af gange.

Beliggende omkring 6, 500 lysår væk i stjernebilledet Tyren, Krabbetågen og dens pulsar dannet i en supernova, hvis lys nåede Jorden i juli 1054. Neutronstjernen snurrer 30 gange hvert sekund, og ved røntgen- og radiobølgelængder er den blandt de klareste pulsarer på himlen.

Mellem august 2017 og august 2019, Enoto og hans kolleger brugte NICER til gentagne gange at observere krabbepulsaren i røntgenstråler med energier op til 10, 000 elektronvolt, eller tusindvis af gange så meget som synligt lys. Mens NICER så på, holdet studerede også objektet ved hjælp af mindst et af to jordbaserede radioteleskoper i Japan - 34-meter-skålen ved Kashima Space Technology Center og 64-meter-skålen ved Japan Aerospace Exploration Agency's Usuda Deep Space Center, begge arbejder med en frekvens på 2 gigahertz.

han kombinerede datasæt gav effektivt forskerne næsten halvanden dag samtidig røntgen- og radiodækning. Alt i alt, de fangede aktivitet på tværs af 3,7 millioner pulsarrotationer og opnåede omkring 26, 000 gigantiske radioimpulser.

Kæmpepulser bryder hurtigt ud, spikes på milliontedele af et sekund, og opstår uforudsigeligt. Imidlertid, når de opstår, de falder sammen med de almindelige urværkspulseringer.

NICER registrerer ankomsttiden for hver røntgenstråle, den registrerer, inden for 100 nanosekunder, men teleskopets timing præcision er ikke dens eneste fordel for denne undersøgelse.

"NICERs kapacitet til at observere lyse røntgenkilder er næsten fire gange større end den kombinerede lysstyrke af både pulsaren og dens tåge, " sagde Zaven Arzoumanian, projektets videnskabelige leder ved NASAs Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland. "Så disse observationer var stort set upåvirket af pileup - hvor en detektor tæller to eller flere røntgenstråler som en enkelt hændelse - og andre problemer, der har kompliceret tidligere analyser."

Enotos team kombinerede alle røntgendata, der faldt sammen med gigantiske radioimpulser, afslørede et røntgenboost på omkring 4 %, der skete synkront med dem. Det er bemærkelsesværdigt lig den 3% stigning i synligt lys, der også er forbundet med fænomenet, opdaget i 2003. Sammenlignet med lysstyrkeforskellen mellem Krabbens regelmæssige og gigantiske impulser, disse ændringer er bemærkelsesværdigt små og giver en udfordring for teoretiske modeller at forklare.

Forbedringerne antyder, at gigantiske impulser er en manifestation af underliggende processer, der producerer emission, der spænder over det elektromagnetiske spektrum, fra radio til røntgen. Og fordi røntgenstråler pakker millioner af gange så meget som radiobølger, selv en beskeden stigning repræsenterer et stort energibidrag. Forskerne konkluderer, at den samlede udsendte energi forbundet med en gigantisk puls er snesevis til hundredvis af gange højere end tidligere anslået fra radioen og optiske data alene.

"Vi forstår stadig ikke, hvordan eller hvor pulsarer producerer deres komplekse og vidtrækkende emission, og det er glædeligt at have bidraget med endnu en brik til multibølgelængdepuslespillet af disse fascinerende objekter, " sagde Enoto.