Pulsarer er de hurtigt roterende lig af massive stjerner. Et sådant mysterium: hvorfor har pulsarer million-grader hotspots omkring deres poler? Nye data fra ESAs XMM-Newton røntgenobservatorium har tvivlet på teorien om, at ladede partikler kolliderer med pulsars overflade ved dens poler. XMM-Newton kunne ikke se røntgenemissionerne i flere gamle pulsarer, der burde have været meget lyse, hvis partikler kontinuerligt kolliderede.
Overfølsomheden i ESAs XMM-Newton røntgenobservatorium har vist, at den rådende teori om, hvordan stjernekroppe, kendt som pulsarer, genererer deres røntgenstråler skal revideres. Især kan den energi, der er nødvendig til at generere de polariske hotspots, der er set i millioner grader, ses på afkølende neutronstjerner overvejende inde fra pulsaren, ikke udefra.
For 30 år siden opdagede Cambridge-astronomerne Jocelyn Bell-Burnell og Anthony Hewish pulsarerne. Disse himmelobjekter er de stærkt magnetiserede spindingskerner af døde stjerner, hver især kun 20 kilometer på tværs, men alligevel indeholder ca. 1,4 gange solens masse. Selv i dag forvirrer de astronomer over hele verden.
”Teorien om, hvordan pulsarer udsender deres stråling, er stadig i sin vorden, selv efter næsten fyrre års arbejde,” siger Werner Becker, Max-Planck Institut for extraterrestrische Physik, Garching, Tyskland. Der er mange modeller, men ingen accepteret teori. Takket være nye XMM-Newton-observationer har Becker og kolleger måske fundet et vigtigt stykke af puslespillet, der vil hjælpe teoretikere med at forklare, hvorfor køling af neutronstjerner har hotspots i deres polære regioner.
Neutronstjerner dannes med temperaturer på mere end milliarder (1012 K) grader under sammenbruddet af massive stjerner. Så snart de er født, begynder de at køle ned. Hvordan de køler ned, skal afhænge af de fysiske egenskaber af den superdense stof inde i dem.
Observationer med tidligere røntgensatellitter har vist, at røntgenstrålene fra afkølende neutronstjerner kommer fra tre regioner i pulsaren. For det første er hele overfladen så varm, at den udsender røntgenstråler. For det andet er der ladede partikler i pulsars magnetiske omgivelser, der også udsender røntgenstråler, når de bevæger sig udad langs magnetfeltlinjerne. For det tredje, og afgørende for denne seneste undersøgelse, viser yngre pulsarer røntgenstråle-hotspots ved deres poler.
Indtil nu mente astronomer, at der produceres hotspots, når de ladede partikler kolliderer med pulsarens overflade ved polerne. De seneste XMM-Newton-resultater har imidlertid rejst tvivl om denne opfattelse.
XMM-Newton fangede detaljerede visninger af røntgenemissionen fra fem pulsarer, som hver var op til flere millioner år gamle. ”Ingen anden røntgen satellit kan udføre dette arbejde. Kun XMM-Newton er i stand til at observere detaljer om deres røntgenemission, ”siger Becker. Han og hans samarbejdspartnere fandt intet bevis for overflademission og heller ikke for polære hotspots, selvom de så udsendelse fra de udadgående bevægelige partikler.
Manglen på overflademission er ingen overraskelse. I de flere millioner år siden deres fødsel er disse pulsarer afkølet fra milliarder af grader til meget mindre end 500 000 grader Celsius, hvilket betyder, at deres overfladebrede røntgenemission er forsvundet fra synet.
Manglen på de polære hotspots i gamle pulsarer er imidlertid en stor overraskelse og viser, at opvarmningen af de polære overfladearealer ved partikelbombardement ikke er effektiv nok til at producere en betydelig termisk røntgenbestanddel. "I tilfælde af tre millioner år gammel pulsar PSR B1929 + 10 er bidraget fra enhver opvarmet polær region mindre end syv procent af den samlede detekterede røntgenstrømning," siger Becker.
Det ser ud til, at det konventionelle synspunkt ikke er den eneste måde at se på problemet. En alternativ teori er, at varmen, der er fanget i pulsaren siden dens fødsel, vil blive ført til polerne af det intense magnetfelt inden i pulsaren. Dette skyldes, at varmen føres på elektroner, der er elektrisk ladet og således vil blive styret af magnetfelter.
Dette betyder, at de polære hot spots i yngre pulsarer produceres overvejende fra varme inden i pulsaren, snarere end fra kollisionen af partikler uden for pulsaren. De vil derfor falme fra synet på samme måde som den overfladebrede emission. ”Dette synspunkt er stadig under diskussion, men støttes meget af de nye XMM-Newton-observationer,” siger Becker.
Næsten fyrre år siden opdagelsen af pulsarer ser det ud til, at gamle pulsarer stadig har nye tricks til at undervise astronomer.
Original kilde: ESA News Release
