Pulsar RX J0720.4-3125 fanget av XMM-Newton. Klikk for å forstørre
ESAs kretsende røntgenteleskop, romobservatoriet XMM-Newton, har lokalisert en nøytronstjerne som er utenfor kontroll. Objektets generelle temperatur endres ikke, den bare tumler og langsomt viser forskjellige områder for observatører her på jorden - som en vingletopp. Disse observasjonene vil hjelpe astronomer til å forstå noen av de interne prosessene som styrer denne typen objekter.
Ved å bruke data fra ESAs XMM-Newton røntgenobservatorium oppdaget en internasjonal gruppe astrofysikere at en spinnende nøytronstjerne ikke ser ut til å være den stabile rotatoren forskerne kan forvente. Disse røntgenobservasjonene lover å gi ny innsikt i den termiske utviklingen og til slutt den indre strukturen til nøytronstjerner.
Spinnende nøytronstjerner, også kjent som pulsarer, er generelt kjent for å være svært stabile rotatorer. Takket være deres periodiske signaler, sendt ut enten i radioen eller i røntgenbølgelengden, kan de tjene som veldig nøyaktige astronomiske ‘klokker’.
Forskerne fant ut at temperaturen til en gåtefull gjenstand, kalt RX J0720.4-3125, fortsatte å stige de siste fire og et halvt årene. Imidlertid har nylig observerte observasjoner vist at denne trenden snudd og temperaturen nå synker.
I følge forskerne skyldes ikke denne effekten en reell variasjon i temperatur, men i stedet for en endret visningsgeometri. RX J0720.4-3125 er mest sannsynlig ‘forgjenger’, det vil si at den sakte tumler og derfor utsetter den over tid for observatørene forskjellige områder på overflaten.
Neutronstjerner er et av endepunktene for den stjerneutviklingen. Med en masse som kan sammenlignes med solen vår, innesperret i en sfære med en diameter på 20-40 km, er dens tetthet enda noe høyere enn for en atomkjerne - en milliard tonn per kubikk centimeter. Rett etter fødselen i en supernovaeksplosjon er temperaturen i størrelsesorden 1 000 000 grader celsius, og hoveddelen av deres termiske emisjon faller i røntgenbåndet til det elektromagnetiske spekteret. Unge isolerte nøytronstjerner kjøles sakte ned, og det tar en million år før de blir for kalde til å kunne observeres i røntgenbilder.
Det er kjent at nøytronstjerner har veldig sterke magnetfelt, typisk flere billion ganger sterkere enn jorden. Magnetfeltet kan være så sterkt at det påvirker varmetransporten fra det stjerners indre gjennom jordskorpen som fører til varme flekker rundt magnetpolene på stjerneflaten.
Det er utslippet fra disse varmere polarhettene som dominerer røntgenspekteret. Det er bare noen få isolerte nøytronstjerner som vi direkte kan observere den termiske emisjonen fra overflaten til stjernen. En av dem er RX J0720.4-3125, roterende med en periode på omtrent åtte og et halvt sekund. "Med tanke på den lange avkjølingsskalaen var det derfor svært uventet å se røntgenspektret forandre seg over et par år," sa Frank Haberl fra Max-Planck-instituttet for utenomjordisk fysikk i Garching (Tyskland), som ledet forskningen gruppe.
”Det er veldig usannsynlig at den globale temperaturen til nøytronstjernen endrer seg så raskt. Vi ser heller forskjellige områder på den stjerneflate til forskjellige tider. Dette blir også observert i løpet av rotasjonsperioden for nøytronstjernen når de varme stedene beveger seg inn og ut av vår siktlinje, og dermed endrer deres bidrag til den totale utslipp, ”fortsatte Haberl.
En lignende effekt på en mye lengre tidsskala kan observeres når nøytronstjernen forgår (på samme måte som en spinnende topp). I så fall beveger selve rotasjonsaksen seg rundt en kjegle som fører til en langsom forandring av visningsgeometrien gjennom årene. Fri presesjon kan være forårsaket av en svak deformasjon av stjernen fra en perfekt sfære, som kan ha sitt opphav i det meget sterke magnetfeltet.
Under den første XMM-Newton-observasjonen av RX J0720.4-3125 i mai 2000 var den observerte temperaturen på et minimum, og den kjøligere, større plassen var overveiende synlig. På den annen side, fire år senere (mai 2004), førte presesjonen hovedsakelig til det andre, varmere og mindre stedet, som fikk den observerte temperaturen til å øke. Dette forklarer sannsynligvis den observerte variasjonen i temperatur og utsendende områder, og deres antikorrelasjon.
I sitt arbeid utviklet Haberl og kollegene en modell for RX J0720.4-3125 som kan forklare mange av de særegne egenskapene som det har vært en utfordring å forklare så langt. I denne modellen produseres den langsiktige temperaturendringen av de forskjellige fraksjonene av de to varme polarhettene som kommer i betraktning som stjernepresesser med en periode på rundt syv til åtte år.
For at en slik modell skal fungere, må de to utsendende polare områdene ha forskjellige temperaturer og størrelser, slik det nylig har blitt foreslått for et annet medlem av samme klasse av isolerte nøytronstjerner.
I følge teamet er RX J0720.4-3125 sannsynligvis det beste tilfellet å studere presisjon av en nøytronstjerne via røntgenutslippet som er direkte synlig fra stjernens overflate. Forgjengeri kan være et kraftig verktøy for å undersøke nøytronstjernens indre og lære om materiens tilstand under forhold som vi ikke kan produsere på laboratoriet.
Ytterligere XMM-Newton-observasjoner er planlagt for å overvåke dette spennende objektet ytterligere. "Vi fortsetter den teoretiske modelleringen som vi håper å lære mer om den termiske utviklingen, magnetfeltgeometrien til denne bestemte stjernen og den indre strukturen til nøytronstjerner generelt," konkluderte Haberl.
Originalkilde: ESA Portal
