by Astronomer har dechiffrerat det mystiska beteendet hos en död stjärna som girigt festar på en stjärnkamrat.
Belägen cirka 4 500 ljusår bort, denna märkligt beter sig pulsar, eller snabbt snurrande neutronstjärna, kallas PSR J1023+0038, eller J1023 för kort. Och medan den med jämna mellanrum sänder ut strålar av strålning över jorden från sina poler, verkar den ständigt växla mellan två distinkta ljusstyrkalägen.
Astronomer kunde inte riktigt förklara detta beteende först, men nu kan ett team av forskare ha löst mysteriet. De upptäckte att pulsarens ljusstyrka beror på att föremålet spyr ut materia under mycket korta tidsperioder.
“Vi har bevittnat extraordinära kosmiska händelser där enorma mängder materia, som liknar kosmiska kanonkulor, kastas ut i rymden på ett mycket kort intervall av tiotals sekunder från ett litet, tätt himlaobjekt som roterar i otroligt höga hastigheter”, säger Maria Cristina Baglio, forskargruppens ledare och forskare vid New York University i Abu Dhabi, sade i ett uttalande.
Relaterad: En ny typ av pulsar kan förklara hur mystiska “Black Widow”-system bildas
Extrema stjärnor och mystiska pulsarer
Liksom alla neutronstjärnor bildas pulsarer när massiva stjärnor når slutet av sina liv och deras bränsleförråd för inre kärnfusionsprocesser är slut. När kärnkraftsförbränningen upphör i dessa stjärnors kärnor, gör det också det utåtriktade flödet av energi som skapar tillräckligt med tryck för att stödja föremålen mot det inåtgående trycket från deras egen gravitation.
Detta avslutar den balansgång som har bestämt stjärnans existens i miljarder år – och gravitationen segrar.
Stjärnans kärna genomgår sedan en gravitationskollaps medan dess yttre skikt sprängs bort i en supernovaexplosion. När denna kollapsande stjärnkärna har en massa mellan solens massa och ungefär dubbelt så stor som vår stjärna, och dess bredd krymper till ungefär samma storlek som en stad här på jorden, bildas en neutronstjärna.
Materialet som utgör denna döda stjärna är så komprimerat av denna kollaps att det tros vara den tätaste kända materia i universum. Till exempel skulle en bit neutronstjärnemateria i storleken av en sockerbit väga så mycket som 1 miljard ton. Det är ungefär 1 000 gånger vikten av Golden Gate-bron.
Denna snabba stjärnkollaps har också andra konsekvenser.
Precis som en skridskoåkare drar upp armarna för att snurra snabbare, gör en snabb minskning av stjärnkärnans radie att neutronstjärnorna får en betydligt snabbare snurrhastighet – vissa unga neutronstjärnor snurrar så mycket som 700 gånger per sekund.
Det vill säga när de sänder ut strålning från sina poler som pulsarer, har dessa stjärnkroppar otroligt exakta tidsmekanismer.
Dessutom kan kollapsen av stjärnkärnor komprimera de magnetiska fältlinjerna hos stjärnor, vilket kraftigt ökar deras styrka och skapar några av de starkaste magnetfälten i det kända universum.
Men även i sin extrema klassificering som en stjärnrest, sticker J1023 ut.
Under det senaste decenniet har astronomer sett hur pulsaren tappar bort materialet från dess följeslagare. Detta stulna material bildar en struktur som kallas ansamlingsskivan runt själva pulsaren, varifrån klumparna gradvis sugs till dess yta.
Sedan J1023 började mata, har strålarna som sänds ut av dess poler nästan försvunnit, och pulsaren övergår från ett “hög effekt”-läge till ett “lågeffekt”-läge. I det första läget lyser pulsaren starkt i röntgen, ultraviolett och synligt ljus, medan den i det andra läget ser svagare ut och sänder ut lågenergiradiovågor.
Pulsaren stannar bara i ett visst läge i några sekunder eller till och med några minuter innan den växlar tillbaka.
Kosmiska kanonkulor!
Baglio och kollegor observerade J1023 med hjälp av tolv rymd- och markbaserade teleskop, inklusive Very Large Telescope (VLT) och Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA). Båda ligger i norra Chile, där de är en del av European Southern Observatory, och användes av forskarna under två nätter i juni 2021.
Denna observationskampanj gjorde det möjligt för teamet att observera pulsarens förändrade lägen mer än 280 gånger. Forskarna fann så småningom att denna lägesväxling berodde på en interaktion mellan den energiska strömmen av partiklar som härrör från pulsaren (kallad pulsarvinden) och materia som faller på den.
I lågeffektläge verkade pulsaren skjuta ut en del materia, som strömmade mot den i en smal stråle orienterad i 90 grader mot ackretionsskivan.
Medan detta hände, kastades inget ut i detta jetplan som hade samlats nära pulsaren. Denna materia drabbades av pulsarvindarna och började värmas upp. Detta satte pulsaren i sitt högeffektläge, med materialet som glödde starkt i röntgenstrålar, ultraviolett och synligt ljus.
Gradvis skar pulsarens stråle genom denna närliggande heta och lysande materia och avfyrade den som kosmiska kanonkulor. Detta tar bort det heta materialet och dämpar systemet igen, vilket gör att det går tillbaka till lågeffektfasen.
Liknande inlägg:
– Bisarr “långsam” neutronstjärna utmanar våra teorier om döda stjärnor
— Rymdteleskopet James Webb upptäcker en våldsam kollision mellan neutronstjärnor
– Forskare upptäcker en “störd” neutronstjärna som förstörde en asteroid och sedan startade en briljant explosion
Även om detta mysterium kan lösas, är astronomer inte klara med att observera J1023.
I synnerhet kan Extremely Large Telescope (ELT), som för närvarande byggs i Atacamaöknen i norra Chile, hjälpa astronomer att studera J1023:s omkopplingsmekanismer i oöverträffad detalj.
“ELT kommer att tillåta oss att få viktiga insikter om hur överflöd, distribution, dynamik och energi hos den inströmmande materien runt pulsaren påverkas av modväxlingsbeteende”, säger Sergio Campana, forskningsmedförfattare och forskningschef vid den italienska nationella Institutet för astrofysik vid Brera-observatoriet, sa uttalandet.
Teamets resultat publicerades i tidskriften Astronomy & Astrophysics.
