Neutronstjerner er en af de mest fascinerende astronomiske objekter i det kendte univers. Ud over at være den tætteste type stjerne (med den mulige undtagelse af kvarkstjerner) har de også været kendt for at danne binære par med massive stjerner. Indtil videre er kun 39 sådanne systemer blevet opdaget, og endnu færre er blevet fundet, der var sammensat af en massiv stjerne og en meget høj energi (VHE) gammastråleneutronstjerne.
Indtil videre er der kun fundet to af disse systemer, hvoraf det andet blev opdaget for kun få år siden af et team af internationale astronomer kendt som Very Energetic Radiation Imaging Telescope Array System (VERITAS) samarbejde. Ud over at være et sjældent fund var opdagelsen også meget heldig, da den usædvanlige opførsel, de observerede fra dette system, først vil ske igen i 2067.
Kort sagt er neutronstjerner de tætte rester af en stjerne, der har eksploderet i en supernova, hvilket efterlader et ekstremt tæt, kompakt objekt, der snurrer hurtigt. Dette får en neutronstjerne til at generere magtfulde magnetiske felter, der fokuserer dens stråling i en tæt stråle, der ser ud som et fyrtårn, når man ser det på kant. Når disse bjælker skærer hinanden med Jorden, kan astronomer registrere disse impulser ved radio og andre bølgelængder.
Da det er almindeligt for massive stjerner til form af binære par, er det ikke overraskende, at nogle pulsarer har en kredsende ledsager, der overlevede sin partner i supernova. Det er også almindeligt, at disse systemer har affaldsskiver, der påvirkes af den hurtigt roterende pulsar. Når stråling kolliderer med affald, skaber det ladede partikler, der kan accelereres til næsten lysets hastighed, hvilket resulterer i meget høje energi (VHE) gammastråler.
Ved hjælp af de fire 12 m-teleskoper ved Fred Lawrence Whipple-observatoriet, der drives af Smithsonian Astrophysical Observatory (SAO), begyndte VERITAS-samarbejdet at spore, hvad der blev antaget at være et VHE gamma-ray pulsarsystem tilbage i 2016. Denne kilde er placeret i en massiv stjerneklinik ca. 5000 lysår fra Jorden i retning af Cygnus-stjernebilledet.
Ved hjælp af et team af astronomer, der brugte de to 17 m Major Atmospheric Gamma Imaging Cherenkov (MAGIC) teleskoper (placeret ved El Roque de Los Muchachos-observatoriet på De Kanariske Øer), fandt holdet, at pulsaren havde en massiv stjernekammerat der kredsede om det hvert 50 år i en ekstremt elliptisk bane. De to hold beregnet også, at stjernerne ville være på de nærmeste punkter i deres bane inden den 13. november 2017, og ikke ville være igen før i 2067.
Direktørerne for VERITAS-samarbejdet havde tidligere indgået deltagelse med andre astronomer for at overvåge dette system før, under og efter dets nærmeste tilgang. Ved hjælp af Fred Lawrence Whipple Observatory's fire teleskoper, opdagede de gammastrålerne fra de ekstremt korte blink fra Cherenkov-stråling, der vises i himlen, når de absorberes af Jordens atmosfære.
De oprindelige observationer, der blev foretaget i 2016, afslørede svage gammastråleemissioner, som var i overensstemmelse med det faktum, at det binære system indlejret i et stjernebarne gartneri. ”Denne stabile emission på lavt niveau kommer sandsynligvis fra en tåge, der kontinuerligt drives af pulsaren,” sagde Ralph Bird, en postdoktoral forsker ved University of California Los Angeles, der spillede en førende rolle i VERITAS-kampagnen.
Forskerne ventede derfor på, at stjernerne skulle nå det nærmeste punkt i deres bane for at se, om der ville ske nogen ændring. Ifølge Alicia López Oramas, en forsker med MAGIC ved Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC), og en af de tilsvarende forfattere af undersøgelsen, ”forventedes et sådant unikt system at udsende meget højenergi-gamma-stråler under denne tilgang , og denne mulighed kunne ikke gå glip af. ”
I september begyndte tingene at ændre sig drastisk. Som Tyler Williamson, en kandidatstuderende fra University of Delawares Institut for Fysik og Astronomi og en anden vigtig bidragyder til VERITAS, angav:
”Gamma-ray flux, vi observerede i september, var dobbelt så meget som den tidligere værdi. Under den nærmeste tilgang mellem stjernen og pulsaren i november 2017 steg fluxen 10 gange på kun en enkelt nat. ”
For at forklare denne adfærd matchede teamet teoretiske modeller baseret på de nyeste teorier om pulsarer, affaldsskiver og de deraf følgende emissioner til deres observationer. Dette viste sig ikke at være vellykket, hvilket førte dem til at konkludere, at der er behov for betydelige revisioner, som inkluderer bedre information om mødet mellem de to stjerner.
Kort sagt er der behov for flere observationer af dette binære par, før der kan foretages korrekt modellering. Dette er ikke overraskende, da dette system kun er det andet tilfælde af et binært pulsarsystem, der udviser VHE-gammastråleemission. Ikke desto mindre var observationer, der blev indsamlet af de to hold, uvurderlige, i betragtning af at alle tidligere forklaringer om opførsel af VHE gamma-ray pulsar-binærer var spekulation.
I de kommende år planlægger forskerne at fortsætte med at observere denne og andre pulsarer for at overvåge den eksotiske opførsel, der kommer fra denne ekstreme type objekt. Og hvis der kan udvikles rigtige modeller til netop dette system, vil det være af enorm værdi for forskere og tilbyde indsigt i fødselen og udviklingen af kompakte genstande - lige fra pulsarer til binære sorte hulsystemer.
Som Wystan Benbow, en astrofysiker med CfA, sagde, "fortsat investering i driften af unikke førende faciliteter som VERITAS er kritisk og vil sikre yderligere muligheder for at opnå transformativ videnskab."
VERITAS-samarbejdet er en gruppe af 80 videnskabsfolk fra 20 institutioner med base i USA, Canada, Tyskland og Irland. Undersøgelsen, der beskriver deres fund for nylig, blev vist i undersøgelsen Astrofysiske tidsskriftsbreve. Fred Lawrence Whipple Observatory drives af Smithsonian Astrophysical Observatory's (SAO).
