Radiopulsaren PSR B1259-63. Bildkredit: ESA Klicka för förstoring
ESA-astronomer har bevittnat något mycket ovanligt; en pulsar kraschar genom en gasring som omger en följeslagare. Denna följeslagare är flera gånger mer massiv än vår egen sol och roterar så snabbt att den ständigt sprider ut material i en gasring. Pulsaren går igenom denna ring två gånger under sin 3,4-åriga elliptiska bana
Astronomer har bevittnat en händelse som aldrig sågs tidigare i observationer av ESA: s rymdskepp XMM-Newton - en kollision mellan en pulsar och en gasring runt en angränsande stjärna.
Den sällsynta passagen, som tog pulsaren som kastade sig in i och genom denna ring, upplyste himlen i gamma- och röntgenstrålar.
Det har avslöjat en anmärkningsvärd ny inblick i ”pulsarvindens” ursprung och innehåll, vilket har varit ett långvarigt mysterium. Forskarna beskrev händelsen som en naturlig men "uppskalad" version av den välkända satellitkollisionen Deep Impact med Comet Tempel 1.
Deras slutliga analys är baserad på en ny observation från XMM-Newton och en mängd arkiverade data som kommer att leda till en bättre förståelse av vad som driver välkända 'pulsar nebulae', till exempel de färgglada Crab och Vela pulsars.
"Trots otaliga observationer har fysiken i pulsarvinden förblivit en gåt," sade huvudförfattaren Masha Chernyakova från Integral Science Data Center, Versoix, Schweiz.
”Här hade vi den sällsynta möjligheten att se pulsarvind krascha med stjärnvind. Det är analogt med att krossa något öppet för att se vad som finns inuti. "
En pulsar är en snabbspinnande kärna i en kollapsad stjärna som en gång var cirka 10 till 25 gånger massivare än vår sol. Den täta kärnan innehåller ungefär en solmassa som komprimeras i en sfär ungefär 20 kilometer tvärs över.
Pulsaren i denna observation, kallad PSR B1259-63, är en radiopulsar, vilket betyder att den mesta tiden avger endast radiovågor. Det binära systemet ligger i södra korsets allmänna riktning cirka 5000 ljusår bort.
Pulsarvind innefattar material som kastas bort från pulsaren. Det pågår en debatt om hur energiska vindarna är och om dessa vindar består av protoner eller elektroner. Vad Chernyakovas team har hittat, även om det är överraskande, binder fint med andra nyligen observerade observationer.
Teamet observerade PSR B1259-63 som kretsade kring en 'Be' -stjärna med namnet SS 2883, som är ljus och synlig för amatörastronomer. "Be" -stjärnor, så kallade på grund av vissa spektrala egenskaper, tenderar att vara några gånger massivare än vår sol och rotera i häpnadsväckande hastigheter.
De roterar så snabbt att deras ekvatorialregion buktar och de blir plattade sfärer. Gas kastas konsekvent från en sådan stjärna och sätter sig i en ekvatorring runt stjärnan, med ett utseende som liknar planeten Saturnus och dess ringar.
Pulsaren kastar sig ner i Be-stjärnan två gånger under sin 3,4-åriga elliptiska bana; men djupen ligger bara några månader från varandra, strax före och efter 'periastron', den punkt då de två föremålen i bana ligger närmast varandra. Det är under djupet som röntgenstrålar och gammastrålar släpps ut och XMM-Newton upptäcker röntgenstrålarna.
"För det mesta av den 3,4-åriga banan är båda källorna relativt svaga i röntgenstrålar och det är inte möjligt att identifiera egenskaper i pulsarvinden," sa medförfattaren Andrii Neronov. "När de två föremålen närmar sig varandra, börjar gnistor flyga."
De nya XMM-Newton-uppgifterna samlades nästan samtidigt med en HESS-observation. HESS, High Energy Stereoscopic System, är ett nytt markbaserat gammastråelteleskop i Namibia.
Tillkännagav förra året var HESS-observationen förbryllande genom att gammastråleutsläppet sjönk till ett minimum vid periastron och hade två maximum, strax före och efter periastron, motsatsen till vad forskarna förväntade sig.
XMM-Newton-observationen stöder HESS-observationen genom att visa hur maximerna genererades genom den dubbla som kastade sig in i Be-stjärrens ring. Genom att kombinera dessa två observationer med radioobservationer från den sista periastronhändelsen har forskarna nu en fullständig bild av detta system.
Spåra ökningen och fallet av röntgenstrålar och gammastrålar dag efter dag när pulsaren grävde genom Be-stjärnskivan, kunde forskarna dra slutsatsen att vinden av elektroner på en energinivå på 10-100 MeV är ansvarig för den observerade X- strålkastare. (1 MeV representerar en miljon elektronvolt.)
Även om 10-100 MeV är energiska är det cirka 1000 gånger mindre än den förväntade energinivån på 100 TeV. Ännu mer förbryllande är multi-TeV gammastråleutsläpp, som, även om de säkert härrör från 10-100 TeV-vindelektroner, verkar vara producerade annorlunda än hur man tänkte tidigare.
"Det enda faktum som är kristallklart för tillfället är att detta är det pulsarsystem som vi ska se om vi vill förstå pulsarvindar," sa Chernyakova.
”Aldrig har vi sett pulsarvind i så detalj. Vi fortsätter med teoretiska modeller nu. Vi har en bra förklaring till det roliga systemets radio-till-Te-gammastrålningsbeteende, men det är fortfarande "under uppbyggnad."
Originalkälla: ESA Portal
