Et kosmisk fartkamera afslørede lige den svimlende hastighed af neutronstjernestråler i en verdensnyhed
Hvor hurtigt kan en neutronstjerne drive kraftige jetfly ud i rummet? Svaret, viser det sig, er omkring en tredjedel af lysets hastighed, som vores team netop har afsløret i en ny undersøgelse offentliggjort i Nature .
Energiske kosmiske stråler kendt som jetfly ses i hele vores univers. De opsendes, når materiale - hovedsageligt støv og gas - falder ind mod et tæt centralt objekt, såsom en neutronstjerne (en ekstremt tæt rest af en engang massiv stjerne) eller et sort hul.
Jetflyene transporterer noget af den tyngdekraftsenergi, der frigives af den indfaldende gas, og recirkulerer den tilbage til omgivelserne i langt større skalaer.
De kraftigste jetfly i universet kommer fra de største sorte huller i galaksernes centre. Energiproduktionen fra disse jetfly kan påvirke udviklingen af en hel galakse eller endda en galaksehob. Dette gør jetfly til en kritisk, men alligevel spændende komponent i vores univers.
Selvom jetfly er almindelige, forstår vi stadig ikke helt, hvordan de opsendes. Måling af strålerne fra en neutronstjerne har nu givet os værdifuld information.
Jets fra stjernernes lig
Jetfly fra sorte huller har tendens til at være lyse og er blevet grundigt undersøgt. Men strålerne fra neutronstjerner er typisk meget svagere, og man ved meget mindre om dem.
Dette giver et problem, da vi kan lære meget ved at sammenligne de jetfly, der udsendes af forskellige himmellegemer. Neutronstjerner er ekstremt tætte stjerneligninger - kosmiske aske på størrelse med en by, men som alligevel indeholder en stjernes masse. Vi kan tænke på dem som enorme atomkerner, hver omkring 20 kilometer på tværs.
I modsætning til sorte huller har neutronstjerner både en fast overflade og et magnetfelt, og gas, der falder ned på dem, frigiver mindre gravitationsenergi. Alle disse egenskaber vil have en effekt på, hvordan deres jetfly opsendes, hvilket gør studier af neutronstjernejetfly særligt værdifulde.
Et centralt fingerpeg om, hvordan jetfly opsendes, kommer fra deres hastigheder. Hvis vi kan bestemme, hvordan jethastigheder varierer med neutronstjernens masse eller spin, ville det give en kraftfuld test af teoretiske forudsigelser. Men det er ekstremt udfordrende at måle jethastigheder nøjagtigt nok til sådan en test.
Et kosmisk fartkamera
Når vi måler hastigheder på Jorden, tider vi et objekt mellem to punkter. Dette kunne være en 100 meter sprinter, der løber ned ad banen, eller et punkt-til-punkt fartkamera, der sporer en bil.
Vores team, ledet af Thomas Russell fra det italienske nationale institut for astrofysik i Palermo, udførte et nyt eksperiment for at gøre dette for neutronstjernestråler.
Det, der tidligere har gjort denne måling så vanskelig, er, at jetfly er konstante strømme. Det betyder, at der ikke er et enkelt udgangspunkt for vores timer. Men vi var i stand til at identificere et kortvarigt signal ved røntgenbølgelængder, som vi kunne bruge som vores "startpistol."
Da de er så tætte, kan neutronstjerner "stjæle" stof fra en nærliggende ledsagerstjerne. Mens noget af den gas sendes udad som jetfly, ender det meste med at falde ned på neutronstjernen. Efterhånden som materialet hober sig op, bliver det varmere og tættere.
Når nok materiale er opbygget, udløser det en termonuklear eksplosion. En løbsk kernefusionsreaktion opstår og spreder sig hurtigt for at opsluge hele stjernen. Fusionen varer fra et par sekunder til minutter, hvilket forårsager et kortvarigt udbrud af røntgenstråler.
Et skridt tættere på at løse et mysterium
Vi troede, at denne termonukleare eksplosion ville forstyrre neutronstjernens jetfly. Så vi brugte CSIROs Australia Telescope Compact Array til at stirre på jetflyene i tre dage på radiobølgelængder for at prøve at fange forstyrrelsen. Samtidig brugte vi European Space Agency's Integral-teleskop til at se på røntgenstrålerne fra systemet.
Til vores overraskelse fandt vi ud af, at jetflyene blev lysere efter hver puls af røntgenstråler. I stedet for at forstyrre jetflyene, så de termonukleare eksplosioner ud til at sætte gang i dem. Og dette mønster blev gentaget ti gange i et neutronstjernesystem, og så igen i et andet system.
Vi kan forklare dette overraskende resultat, hvis røntgenpulsen får gas, der hvirvler rundt om neutronstjernen, til at falde hurtigere indad. Dette giver igen mere energi og materiale til at lede ind i dyserne.
Vigtigst er det dog, at vi kan bruge røntgenudbruddet til at indikere affyringstidspunktet for jetflyene. Vi timede, hvor lang tid det tog at bevæge sig udad, hvor de blev synlige ved to forskellige radiobølgelængder. Disse start- og slutpunkter gav os vores kosmiske fartkamera.
Interessant nok var den jethastighed, vi målte, tæt på "flugthastigheden" fra en neutronstjerne. På Jorden er denne flugthastighed 11,2 kilometer i sekundet - hvad raketter skal opnå for at bryde fri af Jordens tyngdekraft. For en neutronstjerne er denne værdi omkring halvdelen af lysets hastighed.
Vores arbejde har introduceret en ny teknik til måling af neutronstjernestrålehastigheder. Vores næste skridt vil være at se, hvordan jethastigheden ændrer sig for neutronstjerner med forskellige masser og rotationshastigheder. Det vil give os mulighed for direkte at teste teoretiske modeller og tage os et skridt tættere på at finde ud af, hvordan sådanne kraftfulde kosmiske jetfly opsendes.
Flere oplysninger: Thomas D. Russell et al., Termonukleare eksplosioner på neutronstjerner afslører hastigheden af deres jetfly, Nature (2024). DOI:10.1038/s41586-024-07133-5
Journaloplysninger: Natur
Leveret af The Conversation
Denne artikel er genudgivet fra The Conversation under en Creative Commons-licens. Læs den originale artikel. 
Varme artikler
-
Astronauts:SpaceX Dragon-kapsel blev levende ved nedstigningI dette rammegreb fra NASA TV-video, astronauterne Bob Behnken, venstre, og Doug Hurley vinker under en pressekonference, Tirsdag, 4. august 2020, i Houston. De to NASA-astronauter vendte tilbage til -
Fremstilling af simuleret kosmisk støv - i mikrobølgeovnenSuccessive trin under mikrobølgetørring af sol-gel:(1) gelen, som den er klar, (2)–(6) efter på hinanden følgende mikrobølgeeksponeringer (900 W) af 1 minuts varighed. De viste billeder er for Mg0.9Fe -
Universets form:undersøgelse kunne tvinge os til at genoverveje alt, hvad vi ved om kosmosMørkt stof og gas i universet. Der kan være mere mørkt stof, end vi tror. Kredit:Illustris, CC BY-SA Uanset hvor elegant din teori er, eksperimentelle data vil have det sidste ord. Observationer a -
Trump underskriver en bekendtgørelse, der tillader minedrift af månen og asteroiderAsteroid minedrift koncept. Kredit:NASA/Denise Watt I 2015 Obama-administrationen underskrev U.S. Commercial Space Launch Competitiveness Act (CSLCA, eller H.R. 2262) til lov. Dette lovforslag hav
- Videnskaben afslører hemmelighederne bag en mumies portræt
- Hvad er kemisk energi?
- På trods af industriens forsigtighed, stresstests har vist sig at styrke banker i alle størrelser
- COVID-19-pandemi kan ødelægge udendørs miljø, naturvidenskabelige uddannelser
- Hvordan udfører et japansk ahorntræ fotosyntesen?
- At sætte noget hud i turbulensspillet