Dette billede, taget af ESAs XMM-Newton-observatorium, viser hjertet af supernovarest RCW103. En ny neutronstjerne snurrer normalt ret hurtigt, men derefter bremser dets magtfulde magnetfelt den. Men et magnetfelt kunne ikke gøre det inden for 2.000 år, som astronomer har observeret.
Takket være data fra ESAs XMM-Newton-satellit har et team af videnskabsfolk, der kigger nærmere på et objekt opdaget for over 25 år siden, fundet, at det er som ingen andre kendt i vores galakse.
Objektet ligger i hjertet af supernovaresten RCW103, de gasformige rester af en stjerne, der eksploderede for ca. 2000 år siden. Taget til pålydende synes RCW103 og dens centrale kilde at være et lærebogeksempel på, hvad der er efterladt efter en supernova-eksplosion: en boble af kastet materiale og en neutronstjerne.
En dyb, kontinuerlig 24,5-timers observation har afsløret noget langt mere kompliceret og spændende. Holdet fra Istituto di Astrofisica Spaziale e Fisica Cosmica (IASF) fra Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF) i Milano, Italien, har fundet ud af, at emissionen fra den centrale kilde varierer med en cyklus, der gentager sig hver 6,7 time. Dette er en forbløffende lang periode, titusinder af gange længere end forventet for en ung neutronstjerne. Objektets spektrale og tidsmæssige egenskaber adskiller sig også fra en tidligere XMM-Newton-observation af netop denne kilde i 2001.
”Den opførsel, vi ser, er især forundrende i betragtning af dens unge alder, mindre end 2.000 år,” sagde Andrea De Luca fra IASF-INAF, hovedforfatteren. ”Det minder om en multimillion år gammel kilde. I årevis har vi haft en fornemmelse af, at objektet er anderledes, men vi vidste aldrig, hvor anderledes før nu. ”
Objektet kaldes 1E161348-5055, som forskerne nemt har kaldet 1E (hvor E står for Einstein Observatory, der opdagede kilden). Det er næsten perfekt indlejret i centrum af RCW 103, ca. 10.000 lysår væk i stjernebilledet Norma. Den næsten perfekte tilpasning af 1E i centrum af RCW 103 giver astronomer temmelig tillid til, at de to blev født i den samme katastrofale begivenhed.
Når en stjerne mindst otte gange mere massiv end vores sol løber tør for brændstof til at brænde, eksploderer den i en begivenhed kaldet en supernova. Den stjernekerne imploderer og danner en tæt klods kaldet en neutronstjerne eller, hvis der er masse nok, et sort hul. En neutronstjerne indeholder omkring en solværd værd af masse, der klemmes ind i en kugle kun omkring 20 kilometer på tværs.
Forskere har søgt i årevis efter 1Es periodicitet for at lære mere om dens egenskaber, såsom hvor hurtigt det drejer sig, eller om det har en ledsager.
”Vores klare afsløring af en så lang periode sammen med den sekulære variation i røntgenemission giver en meget underlig kilde,” sagde Patrizia Caraveo fra INAF, en medforfatter og leder af Milano-gruppen. ”Sådanne egenskaber i et 2000 år gammelt kompakt objekt efterlader os to sandsynlige scenarier, i det væsentlige en kilde, der er akkretionsdrevet eller magnetfeltdrevet.”
1E kunne være en isoleret magnetar, en eksotisk underklasse af stærkt magnetiserede neutronstjerner. Her fungerer magnetfeltlinjerne som bremser for den drejende stjerne og frigiver energi. Cirka et dusin magnetars er kendt. Men magnetar roterer normalt flere gange pr. Minut. Hvis 1E kun roterer en gang hver 6,67 timer, som detekteringen af perioden indikerer, ville det magnetiske felt, der er nødvendigt for at bremse neutronstjernen på kun 2000 år, være for stort til at være plausibelt.
Et standardmagnetermagnetfelt kan imidlertid gøre det, hvis en affaldsskive, der er dannet af restmateriale fra den eksploderede stjerne, også hjælper med at bremse neutronstjernespinden. Dette scenarie er aldrig blevet observeret før og peger på en ny type neutronstjerneudvikling.
Alternativt kan den lange periode på 6,67 timer være orbitalperioden for et binært system. Et sådant billede kræver, at en normal stjerne med lav masse lykkedes at forblive bundet til det kompakte objekt, der blev genereret af supernovaeksplosionen for 2000 år siden. Observationer muliggør en ledsager af halvdelen af massen af vores sol, eller endnu mindre.
Men 1E ville være et hidtil uset eksempel på et lavmasset røntgen-binært system i sin spædbarn, en million gange yngre end almindelige røntgen-binære systemer med ledsagere. Ung alder er ikke den eneste særegenhed ved 1E. Kildens cykliske mønster er langt mere markant end det, der observeres for snesevis af lavmasse binære røntgenstrålesystemer, der kræver en usædvanlig fodringsproces med neutronstjerner.
En dobbelt optagelsesproces kan forklare dens opførsel: Det kompakte objekt fanger en brøkdel af dværgstjernens vind (vindtiltrækning), men det er også i stand til at trække gas ud af dets ydre lag af sin ledsager, som sætter sig i en akkretionsskive (disk accretion). En sådan usædvanlig mekanisme kunne være i arbejde i en tidlig fase af levetiden til en binær røntgenstråle med lav masse, domineret af virkningerne af den indledende, forventede orbital excentricitet.
”RCW 103 er en gåte,” sagde Giovanni Bignami, direktør for CESR, Toulouse og medforfatter. ”Vi har simpelthen ikke et endeligt svar på, hvad der forårsager de lange røntgencykler. Når vi finder ud af dette, lærer vi meget mere om supernovaer, neutronstjerner og deres udvikling. ”
Havde stjernen eksploderet i den nordlige himmel, kunne Cleopatra have set den og betragtet den som et tegn på hendes ulykkelige ende, sagde Caraveo. I stedet foregik eksplosionen dybt på den sydlige himmel, og ingen registrerede den. Ikke desto mindre er kilden et godt tegn på røntgenstronomer i håb om at lære om stjernernes evolution.
Original kilde: ESA News Release
