När stjärnor når slutet av sin huvudsekvens, genomgår de en gravitationskollaps, och matar ut sina yttersta lager i en supernovaexplosion. Det som återstår efteråt är en tät, snurrande kärna som huvudsakligen består av neutroner (alias en neutronstjärna), av vilka endast 3000 är kända för att existera i Vintergalaxen. En ännu sällsyntare del av neutronstjärnor är magnetar, av vilka endast två dussin är kända i vår galax.
Dessa stjärnor är särskilt mystiska och har extremt kraftfulla magnetfält som är nästan kraftfulla nog för att riva dem isär. Och tack vare en ny studie av ett team av internationella astronomer verkar det som dessa stjärnas mysterium bara har fördjupats ytterligare. Med hjälp av data från en serie radio- och röntgenobservatorier observerade teamet en magnetar förra året som hade varit vilande i ungefär tre år och bete sig nu något annorlunda.
Studien, med titeln “Revival of the Magnetar PSR J1622–4950: Observations with MeerKAT, Parkes, XMM-Newton, Snabb, Chandra, och Nustar”, Nyligen dök upp i The Astrophysical Journal. Teamet leddes av Dr. Fernando Camilo - chefsforskaren vid South African Radio Astronomy Observatory (SARAO) - och inkluderade över 200 medlemmar från flera universitet och forskningsinstitutioner från hela världen.
Magneter är så kallade eftersom deras magnetfält är upp till 1000 gånger starkare än hos vanliga pulserande neutronstjärnor (alias pulsars). Energin förknippad med dessa fält är så kraftfull att den nästan bryter stjärnan isär, vilket gör att de är instabila och visar stor variation i termer av deras fysiska egenskaper och elektromagnetiska utsläpp.
Medan alla magnetar är kända för att avge röntgenstrålar, har bara fyra varit kända för att avge radiovågor. En av dessa är PSR J1622-4950 - en magnet som ligger cirka 30 000 ljusår från jorden. Från början av 2015 hade denna magnetar varit i vilande tillstånd. Men som teamet indikerade i sin studie, konstaterade astronomer som använder CSIRO Parkes radioteleskop i Australien att det började bli aktivt igen den 26 april 2017.
Vid den tiden sände magnetaren ljusa radiopulser var fjärde sekund. Några dagar senare stängdes Parkes som en del av en månadslång planerad underhållsrutin. Ungefär samtidigt började Sydafrikas MeerKAT-radioteleskop övervaka stjärnan trots att det fortfarande var under uppbyggnad och endast 16 av dess 64 radiorätter var tillgängliga. Dr Fernando Camilo beskriver upptäckten i ett pressmeddelande från SKA i Sydafrika:
”[T] han MeerKAT-observationer visade sig vara avgörande för att kunna känna till de få röntgenfotoner vi fångade med NASA: s kretsande teleskop - för första gången har röntgenpulser upptäckts från denna stjärna, var fjärde sekund. Sammantaget hjälper observationerna som rapporteras idag oss att utveckla en bättre bild av materiens beteende under otroligt extrema fysiska förhållanden, helt till skillnad från vad som kan upplevas på jorden. ”
Efter att de initiala observationerna gjordes av Parkes och MeerKAT-observatorierna genomfördes uppföljningsobservationer med XMM-Newton röntgenobjektobservatorium, Swift Gamma-Ray Burst Mission, Chandra X-ray Observatory och Nuclear Spectroscopic Telescope Array (Nustar). Med dessa kombinerade observationer noterade teamet några mycket intressanta saker om denna magnetar.
För det första bestämde de sig att PSR J1622-4950: s radioflödestäthet, medan variabeln, var ungefär 100 gånger större än den var under dess vilande tillstånd. Dessutom var röntgenflödet minst 800 gånger större en månad efter återaktivering, men började förfalla exponentiellt under en period av 92 till 130 dagar. Radioobservationerna noterade dock något i magnetarnas beteende som var ganska oväntat.
Medan den övergripande geometri som härleddes från PSR J1622-4950: s radioutsläpp var i överensstämmelse med vad som hade bestämts flera år tidigare, indikerade deras observationer att radioutsläppen nu kom från en annan plats i magnetosfären. Detta indikerar framför allt hur radioutsläpp från magnetar kan skilja sig från vanliga pulsarer.
Denna upptäckt har också validerat MeerKAT-observatoriet som ett forskningsinstrument i världsklass. Detta observatorium är en del av Square Kilometer Array (SKA), multiradioteleskop-projektet som bygger världens största radioteleskop i Australien, Nya Zeeland och Sydafrika. MeerKAT använder för sin del 64 radioantenner för att samla radiobilder av universum för att hjälpa astronomer att förstå hur galaxer har utvecklats över tid.
Med tanke på den stora mängden data som samlas in av dessa teleskoper förlitar MeerKAT både teknikens toppteknik och ett högt kvalificerat team av operatörer. Som Abbott antydde, "vi har ett team av de ljusaste ingenjörerna och forskarna i Sydafrika och världen som arbetar med projektet, eftersom problemen som vi behöver lösa är oerhört utmanande och lockar de bästa".
Prof Phil Diamond, generaldirektören för SKA-organisationen som ledde utvecklingen av Square Kilometer Array, imponerades också av bidraget från MeerKAT-teamet. Som han sade i ett SKA-pressmeddelande:
”Bra gjort till mina kollegor i Sydafrika för denna enastående prestation. Att bygga sådana teleskoper är oerhört svårt, och denna publikation visar att MeerKAT håller på att bli redo för företag. Som ett av SKA-föregångsteleskop, är detta gott för SKA. MeerKAT kommer så småningom att integreras i Fas 1 i SKA-mitt-teleskopet, vilket ger de totala diskarna till vårt förfogande till 197, vilket skapar planetens starkaste radioteleskop ”.
När SKA går online kommer det att vara ett av de mest kraftfulla markbaserade teleskop i världen och ungefär 50 gånger känsligare än något annat radioinstrument. Tillsammans med andra nästa generations markbaserade och rymdteleskop, förväntas de saker det kommer att avslöja om vårt universum och hur det utvecklats över tid verkligen vara banbrytande.
Ytterligare Läsning: SKA Africa, SKA, The Astrophysical Journal
