Pulsar RX J0720.4-3125 fångad av XMM-Newton. Klicka för att förstora
ESA: s omloppsröntgensteleskop, XMM-Newton rymdobservatorium, har lokaliserat en neutronstjärna som är utan kontroll. Objektets övergripande temperatur förändras inte, det trumlar bara och visar långsamt olika områden för observatörer här på jorden - som en slingrande topp. Dessa observationer hjälper astronomer att förstå några av de interna processerna som styr denna typ av objekt.
Med hjälp av data från ESA: s XMM-Newton röntgenobservatorium upptäckte en internationell grupp astrofysiker att en snurrande neutronstjärna inte verkar vara den stabila rotator som forskare kan förvänta sig. Dessa röntgenobservationer lovar att ge nya insikter i den termiska utvecklingen och slutligen neutronstjärnornas inre struktur.
Snurrande neutronstjärnor, även kända som pulsars, är allmänt kända för att vara mycket stabila rotatorer. Tack vare deras periodiska signaler, som antingen sänds ut i radion eller i röntgenvåglängden, kan de fungera som mycket exakta astronomiska "klockor".
Forskarna fann att de senaste fyra och ett halvt åren temperaturen på ett gåtfullt objekt, kallad RX J0720.4-3125, fortsatte att stiga. Mycket nyare observationer har emellertid visat att denna trend vänt och temperaturen nu minskar.
Enligt forskarna beror denna effekt inte på en verklig temperaturvariation, utan istället på en förändrad visningsgeometri. RX J0720.4-3125 är troligen "föregångande", det vill säga att den tumlar långsamt och därför utsätter den över tiden för observatörerna olika ytor på ytan.
Neutronstjärnor är en av slutpunkterna för den stellar evolutionen. Med en massa som är jämförbar med vår sol som är begränsad till en sfär med en diameter på 20-40 km är deras täthet ännu högre än för en atomkärna - en miljard ton per kubikcentimeter. Strax efter deras födelse i en supernovaexplosion är deras temperatur i storleksordningen 1 000 000 grader celsius och huvuddelen av deras termiska emissioner faller i röntgenbandet i det elektromagnetiska spektrumet. Unga isolerade neutronstjärnor svalnar långsamt och det tar en miljon år innan de blir för kalla för att kunna observeras i röntgenstrålar.
Neutronstjärnor är kända för att ha mycket starka magnetfält, vanligtvis flera biljoner gånger starkare än jorden. Magnetfältet kan vara så starkt att det påverkar värmetransporten från den inre stjärnan genom skorpan som leder till heta punkter runt magnetpolerna på stjärnytan.
Det är utsläppet från dessa hetare polära mössor som dominerar röntgenspektrumet. Det finns bara några få isolerade neutronstjärnor som vi direkt kan observera den termiska emissionen från stjärnans yta. En av dem är RX J0720.4-3125, roterande med en period av cirka åtta och en halv sekund. "Med tanke på den långa skalan för kylningstid var det därför mycket oväntat att se sitt röntgenspektrum förändras under ett par år," sade Frank Haberl från Max-Planck-institutet för utomjordisk fysik i Garching (Tyskland), som ledde forskningen grupp.
”Det är mycket osannolikt att neutronstjärnans globala temperatur ändras så snabbt. Vi ser snarare olika områden på stjärnytan vid olika tidpunkter. Detta observeras också under rotationsperioden för neutronstjärnan när de heta fläckarna rör sig in och ut ur vår siktlinje, och deras bidrag till den totala utsläppet förändras, fortsätter Haberl.
En liknande effekt på en mycket längre tidsskala kan observeras när neutronstjärnan föregår (på samma sätt som en snurrande topp). I så fall rör sig själva rotationsaxeln runt en kon som leder till en långsam förändring av visningsgeometri genom åren. Fri förekomst kan orsakas av en lätt deformation av stjärnan från en perfekt sfär, som kan ha sitt ursprung i det mycket starka magnetfältet.
Under den första XMM-Newton-observationen av RX J0720.4-3125 i maj 2000 var den observerade temperaturen minst och den svalare, större platsen var övervägande synlig. Å andra sidan, fyra år senare (maj 2004) visade precessionen mestadels den andra, varmare och mindre platsen, som fick den observerade temperaturökningen. Detta förklarar sannolikt den observerade variationen i temperatur- och utsändningsområden, och deras antikorrelation.
I sitt arbete utvecklade Haberl och kollegor en modell för RX J0720.4-3125 som kan förklara många av de speciella egenskaper som hittills varit en utmaning att förklara. I denna modell produceras den långsiktiga temperaturförändringen av de olika fraktionerna av de två heta polära kåporna som kommer i betraktande som stjärnprcesserna med en period av cirka sju till åtta år.
För att en sådan modell ska fungera måste de två emitterande polära regionerna ha olika temperaturer och storlekar, som det nyligen har föreslagits i fallet med en annan medlem i samma klass av isolerade neutronstjärnor.
Enligt teamet är RX J0720.4-3125 förmodligen det bästa fallet att studera precession av en neutronstjärna via dess röntgenstrålning direkt synlig från den stellar ytan. Förekomst kan vara ett kraftfullt verktyg för att undersöka neutronstjärns inre och lära sig om tillståndet i materien under förhållanden som vi inte kan producera i laboratoriet.
Ytterligare observationer av XMM-Newton planeras för att ytterligare övervaka detta spännande objekt. "Vi fortsätter den teoretiska modelleringen från vilken vi hoppas kunna lära oss mer om den termiska utvecklingen, magnetfältgeometri för denna speciella stjärna och den inre strukturen för neutronstjärnor i allmänhet," avslutade Haberl.
Originalkälla: ESA Portal
