Et Chandra røntgenobservatoriumbillede af supernovaresten Cassiopeia A. Kredit: NASA / CXC
Supernova-rest Cassiopeia A (Cas A) har altid været en gåte. Mens eksplosionen, der skabte denne supernova, tydeligvis var en stærk begivenhed, var den visuelle lysstyrke af det udbrud, der fandt sted for over 300 år siden, meget mindre end en normal supernova - og faktisk blev overset i 1600-årene - og astronomer ved det ikke hvorfor. Et andet mysterium er, om eksplosionen, der producerede Cas A, efterlod en neutronstjerne, sort hul eller overhovedet intet. Men i 1999 opdagede astronomer et ukendt lyst objekt i kernen af Cas A. Nu viser nye observationer med Chandra X-Ray Observatory, at dette objekt er en neutronstjerne. Men gåderne slutter ikke der: denne neutronstjerne har en kulstofatmosfære. Dette er første gang denne type atmosfære bliver detekteret omkring et så lille, tæt objekt.
Objektet i kernen er meget lille - kun ca. 20 km bred, hvilket var nøglen til at identificere det som en neutronstjerne, sagde Craig Heinke fra University of Alberta. Heinke er medforfatter med Wynn Ho fra University of Southampton, UK på et papir, der vises i den 5. november-udgave af Nature.
”De eneste to slags stjerner, som vi kender til, er denne lille, er neutronstjerner og sorte huller,” fortalte Heinke til Space Magazine. ”Vi kan udelukke, at dette er et sort hul, fordi intet lys kan undslippe fra sorte huller, så alle røntgenstråler, vi ser fra sorte huller, er faktisk fra materiale, der falder ned i det sorte hul. Sådanne røntgenstråler ville være meget varierende, da du aldrig ser det samme materiale to gange, men vi ser ikke nogen udsving i lysstyrken på dette objekt. ”
Heinke sagde, at Chandra X-ray Observatory er det eneste teleskop, der har skarpt nok syn til at observere dette objekt inde i en så lys supernova-rest.
Men det mest usædvanlige aspekt af denne neutronstjerne er dens kulstofatmosfære. Neutronstjerner er for det meste lavet af neutroner, men de har et tyndt lag af normalt stof på overfladen, inklusive en tynd –10 cm – meget varm atmosfære. Tidligere studerede neutronstjerner har alle brintatmosfærer, hvilket forventes, da neutronstjernens intense tyngdekraft stratificerer atmosfæren og sætter det letteste element, brint, på toppen.
Men ikke så med dette objekt i Cas A.
”Vi var i stand til at fremstille modeller til røntgenstråling af en neutronstjerne med flere forskellige mulige atmosfærer,” sagde Heinke i en e-mail-samtale. "Kun kulstofatmosfære kan forklare alle de data, vi ser, så vi er temmelig sikre på, at denne neutronstjerne har en kulstofatmosfære, første gang vi har set en anden atmosfære på en neutronstjerne."
En kunstners indtryk af neutronstjernen i Cas A viser det lille omfang af kulstofatmosfæren. Jordens atmosfære vises i samme skala som neutronstjernen. Kredit: NASA / CXC / M.Weiss
Så hvordan forklarer Heinke og hans team manglen på brint og helium på denne neutronstjerne? Tænk på Cas A som en baby.
”Vi tror, vi forstår, at vi på grund af den virkelige unge alder på dette objekt ser det i den blotte alder på kun 330 år gammel sammenlignet med andre neutronstjerner, der er tusinder af år gamle,” sagde han. ”Under supernovaeksplosionen, der skabte denne neutronstjerne (da stjernens kerne kollapser ned til en bystørrelse med en utrolig høj densitet højere end atomkerner) blev neutronstjernen opvarmet til høje temperaturer, op til en milliard grader. Det er nu kølet ned til et par millioner grader, men vi tror, dets høje temperaturer var tilstrækkelige til at producere nuklear fusion på neutronstjernes overflade og smeltede brint og helium til kulstof. ”
På grund af denne opdagelse har forskere nu adgang til en supernovas komplette livscyklus og vil lære mere om den rolle eksploderende stjerner spiller i universets sammensætning. For eksempel er de fleste mineraler, der findes på Jorden, produkter fra supernovaer.
”Denne opdagelse hjælper os med at forstå, hvordan neutronstjerner er født i voldelige supernovaeksplosioner,” sagde Heinke.
Kilde: Interview med Craig Heinke
