Pulsars är de snabbt snurrande liken av massiva stjärnor. Ett sådant mysterium: varför har pulsars miljoner graders hotspots runt polerna? Ny data från ESA: s XMM-Newton röntgenobservatorium har tvivlat på teorin om att laddade partiklar kolliderar med pulsars yta vid dess poler. XMM-Newton kunde inte se röntgenutsläppen i flera gamla pulsars som borde ha varit mycket ljusa om partiklar kontinuerligt kolliderade.
Överkänsligheten hos ESA: s XMM-Newton röntgenobservatorium har visat att den rådande teorin om hur stjärnkroppar, kända som pulsars, genererar sina röntgenstrålar måste revideras. I synnerhet kan den energi som behövs för att generera de miljoner graders polära hotspots som ses på kylande neutronstjärnor komma övervägande inifrån pulsaren, inte från utsidan.
För trettio-nio år sedan upptäckte Cambridge-astronomerna Jocelyn Bell-Burnell och Anthony Hewish pulsars. Dessa himmelsföremål är de starkt magnetiserade spinnkärnorna av döda stjärnor, var och en bara 20 kilometer över, men innehåller ungefär 1,4 gånger solens massa. Till och med idag förvirrar de astronomer över hela världen.
"Teorin om hur pulsars avger strålning är fortfarande i sin barndom, även efter nästan fyrtio års arbete," säger Werner Becker, Max-Planck Institut för extraterrestrische Physik, Garching, Tyskland. Det finns många modeller men ingen accepterad teori. Tack vare nya XMM-Newton-observationer kanske Becker och kollegor har hittat en avgörande bit av pusslet som hjälper teoretiker att förklara varför kylande neutronstjärnor har hotspots i sina polära regioner.
Neutronstjärnor bildas med temperaturer på mer än miljarder (1012 K) grader under kollaps av massiva stjärnor. Så snart de är födda börjar de svalna. Hur de svalnar måste bero på de fysiska egenskaperna hos den superdensiga materien i dem.
Observationer med tidigare röntgensatelliter har visat att röntgenstrålarna från kylande neutronstjärnor kommer från tre områden i pulsaren. För det första är hela ytan så varm att den avger röntgenstrålar. För det andra finns det laddade partiklar i pulsars magnetiska omgivning som också avger röntgenstrålar när de rör sig utåt, längs magnetfältlinjerna. För det tredje, och avgörande för den senaste undersökningen, visar yngre pulsars röntgenstrålepunkter vid sina poler.
Fram till nu trodde astronomer att hotspots produceras när de laddade partiklarna kolliderar med pulsarens yta vid polerna. De senaste XMM-Newton-resultaten har dock tvivlat på denna åsikt.
XMM-Newton fångade detaljerade vyer över röntgenutsläppet från fem pulsars, var och en var upp till flera miljoner år gammal. ”Ingen annan röntgen satellit kan göra det här arbetet. Endast XMM-Newton kan observera detaljer om deras röntgenutsläpp, säger Becker. Han och hans kollaboratörer hittade inga bevis på ytutsläpp och inte heller på polära hotspots, även om de såg utsläpp från de utåt rörande partiklarna.
Bristen på ytutsläpp är ingen överraskning. Under de flera miljoner åren sedan deras födelse har dessa pulsars svalnat från miljarder grader till mycket mindre än 500 000 grader Celsius, vilket innebär att deras ytbrett röntgenstrålning har försvunnit från synen.
Bristen på polära hotspots i gamla pulsars är emellertid en stor överraskning och visar att uppvärmningen av de polära ytområdena med partikelbombardement inte är tillräckligt effektiv för att producera en betydande termisk röntgenkomponent. "När det gäller tre miljoner år gamla pulsar PSR B1929 + 10 är bidraget från alla uppvärmda polära regioner mindre än sju procent av det totala detekterade röntgenstrålningsflödet," säger Becker.
Det verkar som om den konventionella vyn inte är det enda sättet att titta på problemet. En alternativ teori är att värmen som fångas i pulsaren sedan dess födelse kommer att ledas till polerna av det intensiva magnetfältet i pulsaren. Detta beror på att värmen transporteras på elektroner, som är elektriskt laddade och så kommer att styras av magnetfält.
Detta innebär att de polära heta fläckarna i yngre pulsars produceras främst från värme i pulsaren, snarare än från kollisionen av partiklar utanför pulsaren. De försvinner därför från synen på samma sätt som den ytbredda utsläppen. "Denna åsikt diskuteras fortfarande men stöds mycket av de nya observationerna från XMM-Newton", säger Becker.
Nästan fyrtio år sedan upptäckten av pulsars verkar det som om gamla pulsars fortfarande har nya knep för att lära astronomer.
Originalkälla: ESA News Release
