Bildkredit: NASA
Det är möjligt att rotationshastigheten för pulsars begränsas av gravitationsstrålning enligt nya data som samlats in av NASA: s Rossi X-ray Timing Explorer - ett fenomen förutsagt av Albert Einstein. Forskare tror att när en pulsar snabbar upp, plattar den ut, och snedvridningarna i sin form får den att komma från tyngdvågor som hindrar den från att rotera så snabbt att den flyger isär.
Gravitationsstrålning, krusningar i rymden som Albert Einstein förutspår, kan tjäna som en kosmisk trafikledare och skyddar vårdslösa pulsarer från att snurra för snabbt och spränga isär, enligt en rapport som publicerades i Nature 3 juli.
Pulsars, de snabbast snurrande stjärnorna i universum, är kärnresterna av exploderade stjärnor, innehållande massan av vår sol som är komprimerad till en sfär ungefär 10 mil tvärs över. Vissa pulsars ökar hastigheten genom att ta in gas från en angränsande stjärna och nå snurrhastigheter på nästan en varv per millisekund, eller nästan 20 procent ljushastighet. Dessa "millisekund" -pulsars skulle flyga isär om de fick mycket mer hastighet.
Med hjälp av NASA: s Rossi X-ray Timing Explorer har forskare funnit en gräns för hur snabbt en pulsar snurrar och spekulerar i att orsaken är gravitationsstrålning: Ju snabbare en pulsar snurrar, desto mer gravitationsstrålning kan den släppa, eftersom dess utsökta sfäriska form blir något deformerad. Detta kan begränsa pulsarens rotation och spara den från utplåning.
"Naturen har satt en hastighetsgräns för pulsarsnurr," säger prof. Deepto Chakrabarty från Massachusetts Institute of Technology, huvudförfattare i tidskriften. ”Precis som bilar som kör på en motorväg, skulle de snabbast snurrande pulsarna tekniskt kunna gå dubbelt så snabbt, men något stoppar dem innan de går sönder. Det kan vara gravitationsstrålning som förhindrar att pulsars förstör sig själva. ”
Chakrabartys medförfattare är Drs. Edward Morgan, Michael Muno och Duncan Galloway från MIT; Rudy Wijnands, University of St. Andrews, Skottland; Michiel van der Klis, University of Amsterdam; och Craig Markwardt, NASA Goddard Space Flight Center. Wijnands leder också ett andra Nature-brev som kompletterar detta konstaterande.
Gravitationsvågor, analoga med vågor på ett hav, är krusningar i fyrdimensionell rymdtid. Dessa exotiska vågor, förutspådda av Einsteins relativitetsteori, produceras av massiva föremål i rörelse och har ännu inte upptäckts direkt.
Skapad i en stjärnexplosion föds en pulsar som snurrar, kanske 30 gånger per sekund och bromsar ner över miljoner år. Ändå om den täta pulsaren, med sin starka gravitationspotential, finns i ett binärt system, kan den dra in material från sin följeslagare. Denna tillströmning kan spinna upp pulsaren till millisekundområdet och rotera hundratals gånger per sekund.
I vissa pulsars konsumeras det ackumulerande materialet på ytan ibland i en massiv termonukleär explosion, som avger en skur av röntgenstrålning som bara varar några sekunder. I denna raseri ligger en kort möjlighet att mäta snurret på annars svaga pulsarer. Forskare rapporterar i naturen att en typ av flimring som finns i dessa röntgen-skurar, kallade "burst-oscillationer", fungerar som ett direkt mått på pulsars spinnhastighet. De studerade burst-svängningarna från 11 pulsars och fann att ingen snurrade snabbare än 619 gånger per sekund.
Rossi Explorer kan upptäcka pulsars som snurrar så snabbt som 4 000 gånger per sekund. Pulsaruppdelning förutsägs ske vid 1 000 till 3 000 varv per sekund. Ändå har forskare inte hittat någon så snabbt. > Från statistisk analys av 11 pulsars drog de slutsatsen att den maximala hastigheten som ses i naturen måste vara under 760 varv per sekund.
Denna observation stöder teorin om en återkopplingsmekanism som involverar gravitationsstrålning som begränsar pulsarhastigheter, föreslagen av professor Lars Bildsten från University of California, Santa Barbara. När pulsaren tar upp hastigheten genom ackretion, kommer varje lätt distorsion i stjärnens täta, halv mil tjocka skorpa av kristallin metall att göra det möjligt för pulsaren att utstråla gravitationsvågor. (Tänk på en snurrande, avlång rugbyboll i vatten, vilket skulle orsaka fler krusningar än en snurrande, sfärisk basket.) En jämviktsrotationshastighet uppnås så småningom där den vinklande rörelse som kastas genom att avge gravitationsstrålning matchar den vinkelmoment som läggs till pulsaren av dess följeslagare stjärna.
Bildsten sade att tillträdande millisekund pulsars så småningom kunde studeras mer detaljerat på ett helt nytt sätt genom direkt detektering av deras gravitationsstrålning. LIGO, laserinterferometern Gravitational-Wave Observatory som nu är i drift i Hanford, Washington och i Livingston, Louisiana, kommer så småningom att vara inställbar på den frekvens vid vilken millisekund pulsars förväntas avge gravitationsvågor.
"Vågorna är subtila och förändrar rymdtiden och avståndet mellan föremål så långt ifrån varandra som jorden och månen med mycket mindre än en atombredd," säger prof. Barry Barish, California Institute of Technology, LIGO-direktören. ”Som sådan har gravitationsstrålning inte upptäckts direkt ännu. Vi hoppas kunna ändra det snart. ”
Originalkälla: NASA News Release
