När en stjärna tappar ut sitt kärnbränsle mot slutet av sin livstid genomgår den gravitationskollaps och tappar sina yttre lager. Detta resulterar i en magnifik explosion som kallas en supernova, vilket kan leda till skapandet av ett svart hål, en pulsar eller en vit dvärg. Och trots decennier av observationer och forskning finns det fortfarande mycket forskare som inte vet om detta fenomen.
Lyckligtvis leder pågående observationer och förbättrade instrument till alla slags upptäckter som ger chanser för ny insikt. Till exempel har ett team av astronomer med National Radio Astronomy Observatory (NRAO) och NASA nyligen observerat en "kanonboll" -pulsar som rusade bort från supernova som tros ha skapat den. Denna upptäckt ger redan insikt i hur pulsars kan ta fart från en supernova.
Pulsaren, som benämns PSR J0002 + 6216 (J0002), ligger ungefär 6 500 ljusår från Jorden. Det upptäcktes ursprungligen 2017 av medborgarforskare som arbetade för ett projekt som heter [e-postskyddat], som förlitar sig på frivilliga för att analysera data från NASA Fermi Gamma-ray Space Telescope (FGST). Projektet har hittills varit ansvarigt för upptäckten av 23 pulsars.
Men det var just denna upptäckt som var särskilt betydelsefull. Sedan det först upptäcktes genomförde ett team under ledning av Frank Schinzel från National Radio Astronomy Observatory (NRAO) uppföljningsradioobservationer med hjälp av Karl G. Jansky Very Large Array (VLA) i New Mexico. Dessa visade att pulsaren hade en svans av chockade partiklar och magnetisk energi som sträckte sig 13 ljusår bakom sig.
Ännu mer intressant var det faktum att denna svans pekade mot mitten av en supernova-rest som ligger 53 ljusår bakom den (CTB 1). Denna svans var resultatet av pulsars snabba rörelse genom interstellär gas, vilket resulterade i chockvågor som producerar magnetisk energi och accelererade partiklar i dess kölvattnet. Som Shinzel förklarade i ett nyligen pressmeddelande från NASA:
”Tack vare sin smala pilformiga svans och en framgångsrik betraktningsvinkel kan vi spåra denna pulsar rakt tillbaka till dess födelseort. Ytterligare studier av detta objekt hjälper oss att bättre förstå hur dessa explosioner kan "sparka" neutronstjärnor till så hög hastighet. ”
Genom att förlita sig på Fermi-data kunde teamet mäta hur snabbt och i vilken riktning pulsaren rörde sig. Detta åstadkoms genom en teknik som kallas "pulsar timing", där gammastrålar som uppstår vid varje rotation av pulsaren (i J0002: s fall, 8,7 gånger i sekundet) används för att spåra rörelse.
Från detta bestämde teamet att J0002 färdade med en hastighet av cirka 1125 km / s (700 mps) eller 4 miljoner km / h (2,5 miljoner km / h). Tidigare har forskare observerat pulsars som körs med hög hastighet, men med en genomsnittlig hastighet som var cirka fem gånger långsammare - 240 km / s (150 mps). Som Dale Frail (en forskare från NRAO som var en del av upptäckteamet) förklarade:
”Explosionsskräpet i supernova-resterna expanderade ursprungligen snabbare än pulsars rörelse. Avfallet bromsades emellertid av sitt möte med det spänstiga materialet i det interstellära utrymmet, så pulsaren kunde fånga upp och ta det. "
Teamet bestämde också att pulsaren så småningom skulle ha fångat upp det expanderande skalet som skapats av supernova. Först skulle supernovas expanderande skräp ha flyttat utåt snabbare än J0002, men efter cirka 5000 tusen år bromsade skalets interaktion med interstellär gas gradvis ner. Efter 10 000 år, vilket astronomer ser nu, var pulsaren långt utanför skalet.
Medan astronomer länge har känt att pulsars kan få en kick i hastighet från supernovaexplosionerna som skapar dem, förblir de oklara hur det händer. En möjlig förklaring är att instabiliteter i den kollapsande stjärnan kunde ha skapat ett tätt, långsamt rörligt område av materia som började dra neutronstjärnan längre och gradvis påskynda den bort från explosionens centrum.
"Denna pulsar rör sig tillräckligt snabbt för att den så småningom kommer att fly från vår Vintergalax," sade Frail. ”Många mekanismer för att producera sparken har föreslagits. Det vi ser i PSR J0002 + 6216 stöder idén att hydrodynamiska instabiliteter i supernovaexplosionen är ansvariga för denna pulsars höga hastighet. ”
Med tanke på framtiden planerar teamet att genomföra ytterligare observationer med hjälp av VLA, National Science Foundation: s Very Long Baseline Array (VLBA) och NASA: s Chandra röntgenobservatorium. Dessa uppföljningar kommer förhoppningsvis att ge fler ledtrådar om hur denna pulsar tog upp så mycket hastighet, vilket kan gå långt mot att lösa något av mysteriet som fortfarande omger supernovaexplosioner.
Dessa resultat delades nyligen vid det 17: e mötet för höga energi-astrofysik (HEAD) i American Astronomical Society, som hölls från 17 till 21 mars i Monterey, Kalifornien. De är också föremål för en studie som granskas för publicering i det senaste numret av The Astrophysical Journal Letters.
