Den 2. hurtigste pulsar, nu med gammastråler

Kunstnerens koncept om en pulsar. I denne illustration svinger pulsaren sin radio (grøn) og gammastråle (magenta) stråler forbi Jorden med hver drejning, så vi ser det som pulserende. Billede via NASA.

Supernova-eksplosioner kan knuse almindelige stjerner til neutronstjerner, der består af eksotiske, ekstremt tæt stof. Neutronstjerner er i størrelsesordenen 20 km over i modsætning til hundreder af tusinder af kilometer over for stjerner som vores sol. Alligevel indeholder de masse i størrelsesordenen 1, 4 gange vores sol. Neutronstjerner har stærke magnetfelter. De udsender kraftige stråler fra deres magnetfeltlinjer. Hvis dens neutrale stjerne snurrer, strålerne med jævne mellemrum peger mod Jorden, ser vi stjernen som en pulserende radio- eller gammastrålekilde. Derefter kaldes neutronstjernen også en pulsar, ofte sammenlignet med et kosmisk fyrtårn. Moderne astronomer kender til pulsarer, der roterer med en forbløffende hurtighed. Den næsthurtigste - kaldet PSR J0952-0607 - spinder 707 gange pr. Sekund! Forskere ved Max Planck Institute for Gravitational Physics i Hannover, Tyskland meddelte den 19. september 2019, at denne pulsar, J0952-0607 - tidligere kun set ved radioenden af ​​spektret - nu har vist sig at pulsere også i gammastråler.

J0952-0607 - antallet vedrører objektets position på himlen - blev først opdaget i 2017. Det blev oprindeligt set at pulsere i radiobølger, men ikke gammastråler. Det internationale team, der studerede det detaljeret - og for nylig offentliggjorde nyt arbejde om det i den peer-reviewede Astrophysical Journal - sagde i en erklæring:

Pulsaren roterer 707 gange på et enkelt sekund og er derfor den hurtigste spinding i vores galakse uden for de tætte stjernemiljøer i kugleformede klynger.

Kunstnerens koncept om en supernova-rest med en neutronstjerne i hjertet. Neutronstjerner er født i supernovaer. Når de ydre dele af stjernen eksploderer udad, imploderer den indre del af stjernen. De bestanddele af almindelige atomer - elektroner og protoner - knuses sammen af ​​tyngdekraften for at danne neutroner. Vil du vide mere om neutronstjerner? Prøv denne forklaring fra Samtalen . Billede via ESA.

Astronomerne sagde, at denne pulsar kredser om det fælles massecenter på 6, 2 timer med en ledsagerstjerne. Ledsageren er ekstremt let, med en masse på kun femtedel af vores sol. Den ledsagende stjerne kan være tidligt fastlåst til pulsaren, ligesom Jordens måne er tidligt låst til Jorden, så den ene side af månen altid vender mod Jorden. Hvis den ene side af ledsagerstjernen altid vender mod pulsaren, ville den side af stjernen blive opvarmet af pulsars gamma-stråling. Astronomerne sagde, at de tror, ​​de ser ledsagerens varme dag side og køligere nat side varierer i lysstyrke og farve som ledsagerstjernen og pulsaren kredser om deres fælles massecenter.

Disse detaljer blev muliggjort, fordi astronomerne i denne nye undersøgelse analyserede en masse data om denne pulsar og dens ledsager. De brugte data på 8, 5 år fra NASA s Fermi Gamma-ray Space Telescope, to års LOFAR-radioobservationer plus observationer fra to store optiske teleskoper og gravitationsbølgedata fra LIGO-detektorerne. Ledende forfatter af den nye forskning er Lars Nieder, ph.d. studerende ved Albert Einstein Center (Max Planck Institute) i Hannover. Dataanalyse er et af hans specialområder. Han kommenterede:

Denne søgning er ekstremt udfordrende, fordi Fermi-gamma-stråle-teleskop kun registrerede ækvivalentet med omkring 200 gammastråler fra den svage pulsar i løbet af de 8, 5 år lange observationer. I løbet af denne periode roterede selve pulsaren 220 milliarder gange. Med andre ord, kun en gang i hver milliard rotation blev der observeret en gammastråle!

For hver af disse gammastråler skal søgningen identificere nøjagtigt, hvornår under hver af de 1, 4 millisekund rotationer, den blev udsendt.

Lars Nieder - en ph.d., studerende i astrofysik ved Albert Einstein Institute Hannover - ledede den nye forskning på PSR J0952-0607. Billede via Max Planck.

I henhold til disse astronomers udsagn:

Dette kræver kæmning af dataene med meget fin opløsning for ikke at gå glip af eventuelle signaler. Den krævede computerkraft er enorm. Den meget følsomme søgning efter svage gamma-ray-pulsationer ville have taget 24 år at gennemføre på en enkelt computerkerne. Ved at bruge Atlas-computerklyngen på AEI Hannover var den færdig på kun to dage.

Astronomerne sagde, at de fandt overraskelser i dataene. De blev for eksempel overrasket over ikke at finde nogen gammastråle-pulsationer før juli 2011. De sagde:

Årsagen til, at pulsaren først ser ud til at vise pulsationer efter denne dato, er ukendt. Variationer i hvor meget gammastråler den udsendte kan være en af ​​grundene, men pulsaren er så svag, at det ikke var muligt at teste denne hypotese med tilstrækkelig nøjagtighed. Ændringer i den pulsære bane, der er set i lignende systemer, kunne muligvis også give en forklaring, men der var ikke engang et antydning i dataene om, at dette skete.

For øjeblikket er manglen på gammastrålepulseringer før 2011 et mysterium.

Bruce Allen er direktør for Albert Einstein Institue Hannover og Nieder's Ph.D. tilsynsførende. Billede via Max Planck.

Astronomerne kommenterede, at hurtigt spinnende pulsarer som J0952-0607 er sonder til ekstrem fysik. De sagde:

Hvor hurtigt neutronstjerner kan spin, før de bryder ud fra centrifugalkræfter, er ukendt og afhænger af ukendt nukleær fysik. Millisekund pulsarer som J0952-0607 roterer så hurtigt, fordi de er blevet spundet op ved at hæve stof fra deres ledsager. Denne proces menes at begrave pulsars magnetfelt. Med de langsigtede gammastråleobservationer viste forskerteamet, at J0952-0607 har et af de ti laveste magnetiske felter nogensinde målt for en pulsar, i overensstemmelse med forventningerne fra teorien.

Bruce Allen, Nieder's Ph.D. vejleder og direktør ved Albert Einstein Institute Hannover, tilføjet:

Vi fortsætter med at studere dette system med gamma-ray, radio og optiske observatorier, da der stadig er ubesvarede spørgsmål om det. Denne opdagelse viser også endnu en gang, at ekstreme pulsarsystemer gemmer sig i Fermi LAT-kataloget.

Vi bruger også vores borgervidenskab distribuerede computing-projekt at se efter binære gammastråle-pulsarsystemer i andre Fermi LAT-kilder og er sikre på at gøre flere spændende opdagelser i fremtiden.

Pulsprofilen (distribution af gammastråle-fotoner under en rotation af pulsaren) af J0952-0607 vises øverst. Nedenfor er den tilsvarende fordeling af de individuelle fotoner over de 10 år med observationer. Gråskalaen viser sandsynligheden (fotonvægte) for individuelle fotoner at stamme fra pulsaren. Fra midten af ​​2011 stiller fotonerne op langs spor, der svarer til pulsprofilen. Dette viser påvisning af gammastråle-pulseringer, hvilket ikke er muligt før midten af ​​2011. Billedet via L. Nieder / Max Planck Institute for Gravitational Physics.

Nederste linje: PSR J0952-0607 roterer 707 gange i sekundet, hvilket gør det til den 2. hurtigste pulsar, der er kendt, og den hurtigste pulsar uden for kugleformede klynger. Astronomer opdagede netop denne pulsar udsender gamma-stråler med høj energi.

Kilde: Detektion og timing af Gamma-Ray Pulsations fra 707 Hz Pulsar J0952? 0607

Via Max Planck Institut for Gravitationsfysik