Pulsars er de raskt spinnende likene av massive stjerner. Et slikt mysterium: hvorfor har pulsarer milliongrader hotspots rundt polene? Nye data fra ESAs XMM-Newton røntgenobservatorium har tvil om teorien om at ladede partikler kolliderer med pulsarens overflate ved polene. XMM-Newton klarte ikke å se røntgenutslippene i flere gamle pulsarer som burde ha vært veldig lyse hvis partikler kontinuerlig kolliderte.
Superfølsomheten til røntgenobservatoriet XMM-Newton fra ESA har vist at den rådende teorien om hvordan stjernekropper, kjent som pulsarer, genererer røntgenbildene deres trenger å bli revidert. Spesielt kan energien som trengs for å generere de milde grader polare hotspots sett på avkjølende nøytronstjerner komme overveiende fra inne i pulsaren, ikke utenfra.
For tretti-ni år siden oppdaget Cambridge-astronomene Jocelyn Bell-Burnell og Anthony Hewish pulsarene. Disse himmelobjektene er de sterkt magnetiserte spinnende kjernene av døde stjerner, hver og en bare 20 kilometer over, men inneholder omtrent 1,4 ganger solens masse. Selv i dag forvirrer de astronomer over hele verden.
Teorien om hvordan pulsarer sender ut stråling er fortsatt i sin spede begynnelse, selv etter nesten førti års arbeid, sier Werner Becker, Max-Planck Institut for extraterrestrische Physik, Garching, Tyskland. Det er mange modeller, men ingen akseptert teori. Nå, takket være nye observasjoner fra XMM-Newton, kan Becker og kolleger ha funnet en viktig del av puslespillet som vil hjelpe teoretikere til å forklare hvorfor avkjølende nøytronstjerner har hotspots i sine polare regioner.
Neutronstjerner dannes med temperaturer på mer enn milliarder grader (1012 K) under kollaps av store stjerner. Så snart de er født begynner de å kjøle seg ned. Hvordan de avkjøles, må avhenge av de fysiske egenskapene til den supertette materien inni dem.
Observasjoner med tidligere røntgen-satellitter har vist at røntgenstrålene fra avkjølende nøytronstjerner kommer fra tre regioner i pulsaren. For det første er hele overflaten så varm at den avgir røntgenstråler. For det andre er det ladede partikler i pulsars magnetiske omgivelser som også avgir røntgenstråler når de beveger seg utover, langs magnetfeltlinjene. For det tredje, og avgjørende for denne siste undersøkelsen, viser yngre pulsarer røntgen hotspots på polene sine.
Til nå trodde astronomer at hotspots produseres når de ladede partiklene kolliderer med pulsarens overflate ved polene. De siste XMM-Newton-resultatene har imidlertid tvil om dette synet.
XMM-Newton fanget detaljerte bilder av røntgenutslippet fra fem pulsarer, som hver var opptil flere millioner år gammel. “Ingen andre røntgen-satellitter kan gjøre dette arbeidet. Bare XMM-Newton er i stand til å observere detaljer om røntgenutslippene deres, sier Becker. Han og hans samarbeidspartnere fant ingen bevis for overflateutslipp, og heller ikke for polare hotspots, selv om de så utslipp fra de ytre bevegelige partiklene.
Mangelen på overflateutslipp er ingen overraskelse. I løpet av flere millioner år siden deres fødsel har disse pulsarene avkjølt fra milliarder grader til mye mindre enn 500 000 grader Celsius, noe som betyr at deres overflate-brede røntgenutslipp har forsvunnet fra synet.
Mangelen på polare hotspots i gamle pulsarer er imidlertid en stor overraskelse og viser at oppvarmingen av de polare overflateområdene ved partikkelbombardement ikke er effektiv nok til å produsere en betydelig termisk røntgenkomponent. "Når det gjelder tre millioner år gammel pulsar PSR B1929 + 10, er bidraget fra enhver oppvarmet polarregion mindre enn syv prosent av den totale detekterte røntgenstrømningen," sier Becker.
Det ser ut til at det konvensjonelle synet ikke er den eneste måten å se på problemet. En alternativ teori er at varmen som er fanget i pulsaren siden dens fødsel vil bli ført til polene av det intense magnetfeltet i pulsaren. Dette er fordi varmen blir ført på elektroner, som er elektrisk ladet og vil ledes av magnetiske felt.
Dette betyr at de polare hot spots i yngre pulsarer produseres hovedsakelig fra varme i pulsaren, snarere enn fra kollisjon av partikler utenfor pulsaren. De vil derfor forsvinne fra synet på samme måte som det overflatebrede utslippet. "Dette synet er fortsatt under diskusjon, men støttes veldig av de nye XMM-Newton-observasjonene," sier Becker.
Nesten førti år siden oppdagelsen av pulsarer, ser det ut til at gamle pulsarer fortsatt har nye triks for å lære astronomer.
Originalkilde: ESA News Release
