Westerlund 1-stjärnigt kluster. Bildkredit: Chandra. Klicka för att förstora.
En mycket massiv stjärna kollapsade för att bilda en neutronstjärna och inte ett svart hål som förväntat, enligt nya resultat från NASA: s Chandra röntgenobservatorium. Denna upptäckt visar att naturen har svårare att göra svarta hål än tidigare trott.
Forskare fann denna neutronstjärna - en tät virvlande boll av neutroner ungefär 12 mil i diameter - i ett extremt ungt stjärnkluster. Astronomer kunde använda välbestämda egenskaper hos andra stjärnor i klustret för att dra slutsatsen att födseln till denna neutronstjärna var minst 40 gånger solens massa.
"Vår upptäckt visar att några av de mest massiva stjärnorna inte kollapsar för att bilda svarta hål som förutspådd, utan istället bildar neutronstjärnor", säger Michael Muno, en UCLA postdoktor Hubble Fellow och huvudförfattare till ett papper som ska publiceras i The Astrophysical Journal Brev.
När mycket massiva stjärnor gör neutronstjärnor och inte svarta hål kommer de att ha ett större inflytande på sammansättningen av framtida generationer av stjärnor. När stjärnan kollapsar för att bilda neutronstjärnan återförs mer än 95% av dess massa, varav mycket är metallrikt material från dess kärna, till utrymmet runt den.
"Detta innebär att enorma mängder tunga element återförs i cirkulation och kan bilda andra stjärnor och planeter," sade J. Simon Clark från Open University i Storbritannien.
Astronomer förstår inte helt hur massiv en stjärna måste vara för att bilda ett svart hål snarare än en neutronstjärna. Den mest pålitliga metoden för att uppskatta massan för föddstjärnan är att visa att neutronstjärnan eller det svarta hålet är medlem i ett kluster av stjärnor, som alla är nära samma ålder.
Eftersom mer massiva stjärnor utvecklas snabbare än mindre massiva stjärnor, kan en stjärnas massa beräknas utifrån dess utvecklingsstadium är känt. Neutronstjärnor och svarta hål är slutstegen i utvecklingen av en stjärna, så deras förfäder måste ha varit bland de mest massiva stjärnorna i klustret.
Muno och kollegor upptäckte en pulserande neutronstjärna i en grupp av stjärnor känd som Westerlund 1. Detta kluster innehåller hundra tusen eller fler stjärnor i en region bara 30 ljusår, vilket antyder att alla stjärnor föddes i ett enda avsnitt av stjärnan bildning. Baserat på optiska egenskaper som ljusstyrka och färg är det känt att några av de normala stjärnorna i klustret har massor av cirka 40 solar. Eftersom förfäderna till neutronstjärnan redan exploderade som en supernova måste dess massa ha varit mer än 40 solmassor.
Inledande astronomikurser lär ibland att stjärnor med mer än 25 solmassor blir svarta hål - ett koncept som tills nyligen inte hade några observationsbevis för att testa det. Vissa teorier tillåter dock sådana massiva stjärnor att undvika att bli svarta hål. Till exempel indikerar teoretiska beräkningar av Alexander Heger från University of Chicago och kollegor att extremt massiva stjärnor blåser massan så effektivt under sina liv att de lämnar neutronstjärnor när de går supernovaer. Antagande att neutronstjärnan i Westerlund 1 är en av dessa, det ställer frågan om var de svarta hålen som observerats i Vintergatan och andra galaxer kommer från.
Andra faktorer, såsom den kemiska sammansättningen av stjärnan, hur snabbt den roterar, eller styrkan i dess magnetfält kan diktera om en massiv stjärna lämnar efter sig en neutronstjärna eller ett svart hål. Teorin för stjärnor med normal kemisk sammansättning lämnar ett litet fönster med initiala massor - mellan cirka 25 och något mindre än 40 solmassor - för bildandet av svarta hål från utvecklingen av enstaka massiva stjärnor. Identifieringen av ytterligare neutronstjärnor eller upptäckten av svarta hål i unga stjärnkluster bör ytterligare begränsa massorna och egenskaperna hos neutronstjärnor och svarthålsförfäder.
Det arbete som Muno beskrev baserade sig på två Chandra-observationer den 22 maj och 18 juni 2005. NASA: s Marshall Space Flight Center, Huntsville, Ala., Förvaltar Chandra-programmet för byråns Science Mission Directorate. Smithsonian Astrophysical Observatory kontrollerar vetenskap och flygoperationer från Chandra X-ray Center i Cambridge, Mass.
Ytterligare information och bilder finns på: http://chandra.harvard.edu
och http://chandra.nasa.gov
Originalkälla: Chandra News Release
