Denna bild, taget av ESA: s XMM-Newton-observatorium, visar hjärtat av supernovarester RCW103. En ny neutronstjärna snurrar normalt ganska snabbt, men sedan bromsar det kraftfulla magnetfältet ner det. Men ett magnetfält kunde inte göra det inom 2000 år, som astronomer har observerat.
Tack vare data från ESA: s XMM-Newton-satellit har ett team av forskare som tittar närmare på ett föremål som upptäcktes för över 25 år sedan funnit att det är som inget annat känt i vår galax.
Föremålet ligger i hjärtat av supernovarester RCW103, de gasformiga resterna av en stjärna som exploderade för cirka 2 000 år sedan. Tagen till nominellt värde verkar RCW103 och dess centrala källa vara ett läroboksexempel på vad som är kvar efter en supernovaexplosion: en bubbla med utkastat material och en neutronstjärna.
En djup, kontinuerlig 24,5-timmars observation har dock avslöjat något mycket mer komplicerat och spännande. Teamet, från Istituto di Astrofisica Spaziale e Fisica Cosmica (IASF) från Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF) i Milan, Italien, har funnit att utsläppet från den centrala källan varierar med en cykel som upprepas sig var 6: e timme. Detta är en förvånansvärt lång period, tiotusentals gånger längre än väntat för en ung neutronstjärna. Objektets spektrala och temporära egenskaper skiljer sig också från en tidigare XMM-Newton-observation av just denna källa 2001.
"Det beteende vi ser är särskilt förbryllande med tanke på dess unga ålder, mindre än 2 000 år," sa Andrea De Luca från IASF-INAF, huvudförfattaren. ”Det påminner om en multimillion år gammal källa. I flera år har vi haft en känsla av att objektet är annorlunda, men vi visste aldrig hur annorlunda hittills. "
Objektet heter 1E161348-5055, som forskarna bekvämt har smeknamnet 1E (där E står för Einstein Observatory som upptäckte källan). Det är inbäddat nästan perfekt i centrum av RCW 103, cirka 10 000 ljusår bort i stjärnbilden Norma. Den nästan perfekta anpassningen av 1E i centrum av RCW 103 lämnar astronomer ganska säkra på att de två föddes i samma katastrofala händelse.
När en stjärna som är minst åtta gånger massivare än vår sol slutar med bränsle för att bränna, exploderar den i en händelse som kallas en supernova. Stjärnkärnan imploderar och bildar en tät klump som kallas en neutronstjärna eller, om det finns tillräckligt med massa, ett svart hål. En neutronstjärna innehåller ungefär en solvärdesmassa som är trängd in i en sfär bara cirka 20 kilometer tvärs över.
Forskare har letat i flera år efter 1Es periodicitet för att lära sig mer om dess egenskaper, till exempel hur snabbt det snurrar eller om det har en följeslagare.
"Vår tydliga upptäckt av en så lång period tillsammans med sekulär variation i röntgenstrålning ger en mycket konstig källa," säger Patrizia Caraveo från INAF, medförfattare och ledare för Milano-gruppen. "Sådana egenskaper i ett 2000 år gammalt kompakt objekt lämnar oss med två troliga scenarier, i huvudsak en källa som är ackretionsdriven eller magnetfältdriven."
1E kan vara en isolerad magnetar, en exotisk underklass av mycket magnetiserade neutronstjärnor. Här fungerar magnetfältlinjerna som bromsar för den snurrande stjärnan och frigör energi. Cirka ett dussin magnetar är kända. Men magnetar snurrar vanligtvis flera gånger per minut. Om 1E snurrar en gång var 6,67 timmar, som perioddetekteringen indikerar, skulle magnetfältet som behövs för att bromsa neutronstjärnan på bara 2000 år vara för stort för att vara plausibelt.
Ett standardmagnetermagnetfält kan göra tricket, men om en skräpskiva, bildad av kvarvarande material från den exploderade stjärnan, också hjälper till att bromsa neutronstjärnan. Detta scenario har aldrig observerats tidigare och skulle peka på en ny typ av neutronstjärnsutveckling.
Alternativt kan den långa 6,67-timmarsperioden vara bana för ett binärt system. En sådan bild kräver att en normal stjärna med låg massa lyckades förbli bunden till det kompakta objektet som genererades av supernovaexplosionen för 2000 år sedan. Observationer möjliggör en följeslagare till halva massan av vår sol, eller ännu mindre.
Men 1E skulle vara ett aldrig tidigare skådat exempel på ett lågmassärt röntgenbinsystem i sin barndom, en miljon gånger yngre än vanliga röntgenbinsystem med lätta följeslagare. Ung ålder är inte den enda egenheten hos 1E. Källans cykliska mönster är mycket mer uttalat än det som observerats för dussintals binära röntgensystem med låg massa som kräver någon ovanlig neutronstjärnmatningsprocess.
En dubbel accretionsprocess skulle kunna förklara dess beteende: Det kompakta föremålet fångar en bråkdel av dvärgstjärnens vind (vinduttag), men det kan också dra ut gas från de yttre skikten på sin följeslagare, som sätter sig i en skivans skiva (skiva anhopning). En sådan ovanlig mekanism kan vara i arbete i en tidig fas av livet för en lågmassig röntgenstrålebinaur, dominerad av effekterna av den initiala, förväntade, orbitala excentriciteten.
"RCW 103 är ett gåte", säger Giovanni Bignami, chef för CESR, Toulouse och medförfattare. ”Vi har helt enkelt inte ett avgörande svar på vad som orsakar de långa röntgencyklerna. När vi räknar ut detta kommer vi att lära oss mycket mer om supernovaer, neutronstjärnor och deras utveckling. "
Hade stjärnan exploderat på den nordliga himlen, kunde Cleopatra ha sett den och betraktat den som ett tecken på hennes olyckliga slut, sa Caraveo. Istället skedde explosionen djupt på den södra himlen, och ingen registrerade den. Ändå är källan ett bra tecken för röntgenastronomer i hopp om att lära sig om stjärnutveckling.
Originalkälla: ESA News Release
