Pulsar RX J0720.4-3125 fanget af XMM-Newton. Klik for at forstørre
ESAs kredsende røntgen-teleskop, XMM-Newton-rumobservatoriet, har placeret en neutronstjerne, der er ude af kontrol. Objektets overordnede temperatur ændrer sig ikke, det bare tumler og langsomt viser forskellige områder til observatører her på Jorden - som en veltende top. Disse observationer vil hjælpe astronomer med at forstå nogle af de interne processer, der styrer denne slags objekter.
Ved hjælp af data fra ESAs XMM-Newton røntgenobservatorium opdagede en international gruppe af astrofysikere, at en roterende neutronstjerne ikke synes at være den stabile rotator, forskere kunne forvente. Disse røntgenobservationer lover at give ny indsigt i den termiske udvikling og til sidst den indre struktur af neutronstjerner.
Spinnende neutronstjerner, også kendt som pulsarer, er generelt kendt for at være meget stabile rotatorer. Takket være deres periodiske signaler, der udsendes enten i radioen eller i røntgenbølgelængden, kan de fungere som meget nøjagtige astronomiske 'ure'.
Forskerne fandt, at temperaturen på et gåtefuldt objekt, kaldet RX J0720.4-3125, fortsatte med at stige i løbet af de sidste fire og et halvt år. Meget nylige observationer har imidlertid vist, at denne tendens vendte sig, og temperaturen nu falder.
Ifølge forskerne skyldes denne virkning ikke en reel variation i temperatur, men i stedet for en ændret syngeometri. RX J0720.4-3125 er sandsynligvis 'præcessing', det vil sige, den tumler langsomt, og derfor udsætter den over tid for observatørerne forskellige områder af overfladen.
Neutronstjerner er et af slutpunkterne i stjernernes evolution. Med en masse, der kan sammenlignes med vores sols indeslutning i en sfære med en diameter på 20-40 km, er dens densitet endnu noget højere end for en atomkerne - en milliard ton pr. Kubikcentimeter. Kort efter deres fødsel i en supernovaeksplosion er deres temperatur i størrelsesordenen 1 000 000 grader celsius, og størstedelen af deres termiske emission falder i røntgenbåndet i det elektromagnetiske spektrum. Unge isolerede neutronstjerner afkøles langsomt, og det tager en million år, før de bliver for kolde til at kunne observeres i røntgenstråler.
Neutronstjerner er kendt for at have meget stærke magnetiske felter, typisk flere billioner gange stærkere end jorden. Magnetfeltet kan være så stærkt, at det påvirker varmetransporten fra det stjernernes indre gennem skorpen, der fører til varme pletter omkring magnetpolerne på stjerneoverfladen.
Det er emissionen fra disse varmere polare hætter, der dominerer røntgenspektret. Der er kun få isolerede neutronstjerner, som vi direkte kan observere den termiske emission fra stjernens overflade. En af dem er RX J0720.4-3125, der roterer med en periode på omkring otte og et halvt sekund. "I betragtning af den lange afkølingstidsskala var det derfor meget uventet at se sit røntgenspektrum ændre sig over et par år," sagde Frank Haberl fra Max-Planck-instituttet for ekstraterrestrisk fysik i Garching (Tyskland), der ledede forskningen gruppe.
”Det er meget usandsynligt, at neutronstjernens globale temperatur ændrer sig så hurtigt. Vi ser snarere forskellige områder på den stellar overflade på forskellige tidspunkter. Dette observeres også i neutronstjernens rotationsperiode, når de varme pletter bevæger sig ind og ud af vores synslinje, og deres bidrag til den samlede emission ændres, ”fortsatte Haberl.
En lignende effekt på en meget længere tidsskala kan observeres, når neutronstjernen foretrækker (svarende til en roterende top). I dette tilfælde bevæger sig selve rotationsaksen sig omkring en kegle, der fører til en langsom ændring af syngeometrien gennem årene. Fri præcession kan være forårsaget af en svag deformation af stjernen fra en perfekt sfære, som muligvis har sin oprindelse i det meget stærke magnetfelt.
Under den første XMM-Newton-observation af RX J0720.4-3125 i maj 2000 var den observerede temperatur mindst, og den køligere, større plet var overvejende synlig. På den anden side bragte præcessionen fire år senere (maj 2004) for det meste den anden, varmere og mindre plet, der fik den observerede temperaturstigning. Dette forklarer sandsynligvis den observerede variation i temperatur- og udsendelsesområder og deres anti-korrelation.
I deres arbejde udviklede Haberl og kolleger en model til RX J0720.4-3125, som kan forklare mange af de særegne egenskaber, der hidtil har været en udfordring at forklare. I denne model produceres den langsigtede temperaturændring af de forskellige fraktioner af de to varme polære hætter, der kommer i betragtning som stjernepræcesser med en periode på ca. syv til otte år.
For at en sådan model skal fungere, er de to udsendende polare regioner nødt til at have forskellige temperaturer og størrelser, som det for nylig er blevet foreslået i tilfælde af et andet medlem af samme klasse af isolerede neutronstjerner.
Ifølge teamet er RX J0720.4-3125 sandsynligvis det bedste tilfælde at undersøge præcession af en neutronstjerne via dens røntgenemission direkte synlig fra den stære overflade. Præcession kan være et kraftfuldt værktøj til at undersøge neutronstjernens indre og lære om stofens tilstand under forhold, som vi ikke kan fremstille i laboratoriet.
Yderligere XMM-Newton-observationer er planlagt til yderligere at overvåge dette spændende objekt. ”Vi fortsætter den teoretiske modellering, hvorfra vi håber at lære mere om den termiske udvikling, magnetfeltgeometrien for denne bestemte stjerne og den indre struktur af neutronstjerner generelt,” konkluderede Haberl.
Originalkilde: ESA Portal
