Overflademønstre for forskellige vridningstilstande. Klik for at forstørre
En massiv eksplosion på overfladen af en neutronstjerne gav astronomer en mulighed for at kigge inde i dens overflade, svarende til hvordan geologer forstår jordens struktur under vores fødder. Eksplosionen sprang neutronstjernen og satte den i ring som en klokke. Vibrationerne passerede derefter gennem lag med forskellig densitet - slushy eller solid - hvilket ændrer røntgenstrålene, der strømmer af. Astronomer beregnet, at den har en tykkere skorpe, der er cirka 1,6 km (1 mil) dyb, svarende til teoretiske skøn.
Et amerikansk-tysk team af videnskabsfolk fra Max Planck Institute for Astrophysics og NASA har brugt NASAs Rossi X-ray Timing Explorer til at estimere dybden af skorpen på en neutronstjerne, den tætteste genstand kendt i universet. Skorpen, siger de, er cirka 1,6 kilometer dyb og så tæt pakket, at en teskefuld af dette materiale vejer ca. 10 millioner tons på Jorden.
Denne måling, den første af sin art, kom med tilladelse til en massiv eksplosion på en neutronstjerne i december 2004. Vibrationer fra eksplosionen afslørede detaljer om stjernens sammensætning. Teknikken er analog med seismologi, studiet af seismiske bølger fra jordskælv og eksplosioner, som afslører strukturen i Jordens skorpe og indre.
Denne nye seismologi-teknik giver en måde at undersøge en neutronstjernes indre, et sted med stort mysterium og spekulation. Tryk og tæthed er her så intens, at kernen muligvis kan rumme eksotiske partikler, der menes at have eksisteret først på Big Bang-øjeblikket.
Dr Anna Watts fra Max Planck Institute for Astrophysics in Garching udførte denne undersøgelse i samarbejde med Dr. Tod Strohmayer fra NASA's Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland.
”Vi tror, denne eksplosion, den største af sin art nogensinde er observeret, virkelig sprang stjernen og bogstaveligt talt begyndte den at ringe som en klokke,” sagde Strohmayer. ”De vibrationer, der er skabt i eksplosionen, skønt de er svage, giver meget specifikke fingerpeg om, hvad disse bisarre objekter er lavet af. Ligesom en klokke afhænger en neutronstjernes ring af, hvordan bølger passerer gennem lag med forskellig tæthed, enten slushy eller solid. ”
En neutronstjerne er kernens rester af en stjerne en gang flere gange mere massiv end solen. En neutronstjerne indeholder omkring 1,4 solmasser af materiale, der kun er klamret ind i en kugle omkring 20 kilometer på tværs. De to forskere undersøgte en neutronstjerne ved navn SGR 1806-20, som ligger omkring 40.000 lysår fra Jorden i stjernebilledet Skytten. Objektet er i en underklasse af stærkt magnetiske neutronstjerner kaldet magnetars.
Den 27. december 2004 oplevede overfladen på SGR 1806-20 en hidtil uset eksplosion, den lyseste begivenhed nogensinde set uden for vores solsystem. Eksplosionen, kaldet en hyperflare, var forårsaget af en pludselig ændring i stjernens magtfulde magnetfelt, der knækkede skorpen, hvilket sandsynligvis producerede et massivt stjerneskælv. Begivenheden blev opdaget af mange rumobservatorier, herunder Rossi Explorer, der observerede røntgenstrålingen.
Strohmayer og Watts mener, at svingningerne er bevis på globale torsionsvibrationer i stjernens skorpe. Disse vibrationer er analoge med S-bølger observeret under jordjordskælv, ligesom en bølge, der bevæger sig gennem et reb. Deres undersøgelse, der bygger på observationer af vibrationer fra denne kilde af Dr. GianLuca Israel fra Italiens nationale institut for astrofysik, fandt adskillige nye frekvenser under hyperblussen.
Watts og Strohmayer bekræftede efterfølgende deres målinger ved hjælp af NASAs Ramaty High Energy Solar Spectroscopic Imager, et solobservatorium, der også registrerede hyperflare, og fandt det første bevis for en højfrekvensoscillation ved 625 Hz, hvilket tyder på bølger, der krydser skorpen lodret.
Mængden af frekvenser - svarende til en akkord i modsætning til en enkelt note - gjorde forskerne i stand til at estimere dybden af neutronstjerneskorpen. Dette er baseret på en sammenligning af frekvenser fra bølger, der bevæger sig rundt i stjerneskorpen, og fra dem, der rejser radialt gennem den. Diameteren på en neutronstjerne er usikker, men baseret på estimatet på ca. 20 kilometer på tværs ville skorpen være omkring 1,6 kilometer dyb. Dette tal er baseret på de observerede frekvenser i overensstemmelse med teoretiske estimater.
Starquake seismologi har et stort løfte om bestemmelse af mange neutronstjerneegenskaber. Strohmayer og Watts har analyseret arkiverede Rossi-data fra en svagere 1998-magnetisk hyperflare (fra SGR 1900 + 14) og fundet kendte svingninger her også, selvom de ikke er stærke nok til at bestemme skorpetykkelsen.
En større neutronstjerneeksplosion opdaget i røntgenstråler kan afsløre dybere hemmeligheder, såsom materiens natur ved stjernens kerne. En spændende mulighed er, at kernen kan indeholde frie kvarker. Kvarker er byggestenene i protoner og neutroner, og under normale forhold er de altid tæt bundet sammen. At finde bevis for gratis kvarker ville hjælpe med at forstå den sande natur af stof og energi. Laboratorier på Jorden, inklusive massive partikelacceleratorer, kan ikke generere de krævede energier for at afsløre frie kvarker.
"Neutronstjerner er gode laboratorier til undersøgelse af ekstrem fysik," sagde Watts. "Vi ville elske at være i stand til at knække en åben, men da det sandsynligvis ikke vil ske, er det måske den næste bedste ting at observere virkningerne af en magnetisk hyperflare på en neutronstjerne."
Original kilde: Max Planck Society
