Bildkredit: NASA
Forskare vid det kanadensiska institutet för teoretisk astrofysik (CITA) och NASA har fångat enastående detaljer om det virvlande gasflödet som svävar bara några mil från ytan på en neutronstjärna, i sig en sfär bara ungefär tio mil över.
En massiv och sällsynt explosion på ytan av denna neutronstjärna - som hällde ut mer energi på tre timmar än solen gör på 100 år - upplyste området och tillät forskarna att spionera på detaljer om regionen som aldrig tidigare avslöjats. De kunde se detaljerna så fina som gasringen som virvlande runt och flödade på neutronstjärnan när denna ring föll ihop från explosionen och sedan långsamt återhämtade sin ursprungliga form efter ungefär 1 000 sekunder.
Allt detta inträffade 25 000 ljusår från jorden, fångad sekund för sekund på filmliknande sätt genom en process som kallas spektroskopi med NASA: s Rossi X-ray Timing Explorer.
Dr. David Ballantyne från CITA vid University of Toronto och Dr. Tod Strohmayer från NASA: s Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Md., Presenterar detta resultat i en kommande utgåva av Astrophysical Journal Letters. Observationen ger ny inblick i flödet av en neutronstjärns (och kanske ett svart hål) "ackretionsskiva", vanligtvis alldeles för liten för att lösa med även de mest kraftfulla teleskop.
"Det här är första gången vi har kunnat titta på de inre regionerna på en tillträngningsskiva, i detta fall bokstavligen några mil från neutronstjärns yta, ändra dess struktur i realtid," sade Ballantyne. ”Det är känt att ackretionsskivor flyter runt många föremål i universum, från nybildande stjärnor till de jätte svarta hålen i avlägsna kvasarer. Detaljer om hur en sådan disk flyter kunde bara sluts upp till nu. "
En neutronstjärna är den täta kärnresterna av en exploderad stjärna som är minst åtta gånger massivare än solen. Neutronstjärnan innehåller ungefär en solvärde av massa packad i en sfär som inte är större än Toronto. En ackretionsskiva hänvisar till flödet av varm gas (plasma) som virvlar runt neutronstjärnor och svarta hål, lockat av regionens starka gravitation. Denna gas tillförs ofta av en angränsande stjärna.
När materien kraschar ner på neutronstjärnan bygger det upp ett 10- till 100-metersskikt av material som huvudsakligen består av helium. Heliumens sammansmältning till kol och andra tyngre element frigör enorm energi och driver en stark strålning av röntgenstrålningsljus, mycket mer energiskt än synligt ljus. (Kärnfusion är samma process som driver solen.) Sådana skur kan förekomma flera gånger om dagen på en neutronstjärna och pågå i ungefär 10 sekunder.
Vad Ballantyne och Strohmayer observerade på denna neutronstjärna, kallad 4U 1820-30, var en "superburst". Dessa är mycket sällsynta än vanliga, heliumdrivna skurar och släpper ut tusen gånger mer energi. Forskare säger att dessa superburst orsakas av en uppbyggnad av kärnaska i form av kol från heliumfusionen. Nuvarande tänkande antyder att det tar flera år för kolaska att byggas upp i en sådan grad att det börjar smälta.
Superbrasten var så ljus och lång att den fungerade som en strålkastare strålad från neutronstjärnytan och på det innersta området av tillslutningsskivan. Röntgenljuset från skuren upplyste järnatomer i ackretionsskivan, en process som kallas fluorescens. Rossi Explorer upptäckte den karakteristiska signaturen för järnfluorescensen - det vill säga dess spektrum. Detta gav i sin tur information om järnets temperatur, hastighet och plats runt neutronstjärnan.
"Rossi Explorer kan få en bra mätning av fluorescenspektrumet för järnatomerna med några sekunder," sade Strohmayer. "När vi lägger till all denna information får vi en bild av hur den här ackretionsskivan deformeras av den termonukleära sprängningen. Det här är det bästa utseendet vi kan hoppas få, för den upplösning som behövs för att faktiskt se denna åtgärd som en bild, istället för spektra, skulle vara en miljard gånger större än vad Hubble Space Telescope erbjuder. ”
Forskarna sa att de sprängta neutronstjärnorna fungerar som ett laboratorium för att studera ackretionsskivor, som ses (men i mindre detalj) genom universum kring närliggande svarta hål i stellar och ytterst avlägsna kvasargalaxier. Stellar svarta hål med ackretionsskivor ger inte röntgenstrålar.
Rossi Explorer startades i december 1995 för att observera snabbt föränderliga, energiska och snabbt snurrande föremål, såsom supermassiva svarta hål, aktiva galaktiska kärnor, neutronstjärnor och millisekund pulsars.
Originalkälla: NASA News Release
