Det er ikke akkurat en organdonor, men en stjerne i retning av den hyperbefolkede kjerne av Melkeveien som donerer noe av sin masse til en sovende nabo. Resultatet? Den sovende naboen sprang tilbake til livet med et røntgenutbrudd tatt til fange av ESAs INTEGRAL (INTErnational Gamma-Ray Astrophysics Laboratory) romobservatorium.
“INTEGRAL fanget et unikt øyeblikk i fødselen av et sjeldent binært system” - Enrico Bozzo, Universitetet i Genève.
Naboene har sannsynligvis vært sammenkoblet i milliarder av år, noe som ikke i seg selv er bemerkelsesverdig: stjerner lever ofte i binære par. Men paret som ble oppdaget av INTEGRAL 13. august 2017 er veldig uvanlig. Donorstjernen er en rød gigant, og mottakeren er en nøytronstjerne. Så langt kjenner astronomer bare til 10 av disse parene, kalt ‘symbiotiske røntgenbinarier’.
For å forstå hva som skjer mellom disse naboene, må vi se på fremragende evolusjon.
Donorstjernen er i sin røde kjempefase. Det er når en stjerne i samme masseområde som vår stjerne når det senere stadiet i livet. Ettersom massen er tømt, kan ikke tyngdekraften holde stjernen sammen på samme måte som den har i den tidlige delen av livet. Stjernen ekspanderer utover med millioner av kilometer. Når det gjør det, kaster det stjernemateriale fra de ytre lagene i en solvind som reiser flere hundre km / sek.
Naboen er i en annen tilstand. Det er en stjerne som hadde en begynnelsesmasse på omtrent 25 til 30 ganger solen. Når en stjerne så stor nærmer seg slutten av livet, lider den av en annen skjebne. Stjerner denne store lever raskt, og brenner raskt gjennom drivstoffet sitt. Deretter eksploderer de som supernovaer, i dette tilfellet etterlater et lik. I det binære systemet som er fanget av INTEGRAL, er liket en spinnende nøytronstjerne med magnetfelt.
Neutronstjerner er tette. Faktisk er de noen av de tetteste stjernelige objektene vi kjenner til, og pakker like mye masse som halvannen av solene våre til et objekt som bare er omtrent 10 km over.
Når den røde gigantens stjernevind møtte nøytronstjernen, saktet nøytronstjernen sin hastighet på spinn og brast ut i livet og ga ut høye energi røntgenstråler.
"INTEGRAL fanget et unikt øyeblikk i fødselen av et sjeldent binært system," sier Enrico Bozzo fra University of Geneva og hovedforfatter av papiret som beskriver funnet. "Den røde giganten frigjorde en tilstrekkelig tett sakte vind for å mate sin nøytronstjerners ledsager, noe som ga opphav til høyt energiutslipp fra den døde stjernekjerne for første gang."
Etter at INTEGRAL oppdaget røntgenbildet fra binæren, fulgte andre observasjoner raskt. ESAs XMM Newton og NASAs romteleskopene NuSTAR og Swift fikk virke, sammen med bakkebaserte teleskoper. Disse observasjonene bekreftet det de første observasjonene viste: dette er et veldig særegen par stjerner.
"... vi tror vi så røntgenstrålene slå seg på for første gang." - Erik Kuulkers, ESA INTEGRAL prosjektforsker.
Neutronstjernen spinner veldig sakte, og tar omtrent 2 timer å dreie seg, noe som er bemerkelsesverdig siden andre nøytronstjerner kan spinne mange ganger i sekundet. Neutronstjernens magnetfelt var også mye sterkere enn forventet. Men magnetfeltet rundt en nøytronstjerne antas å svekkes over tid, noe som gjør dette til en relativt ung nøytronstjerne. Og en rød kjempe er gammel, så dette er en veldig merkelig sammenkobling av gammel rød kjempe med ung nøytronstjerne.
En mulig forklaring er at nøytronstjernen ikke dannet seg fra en supernova, men fra en hvit dverg. I det scenariet ville den hvite dvergen ha kollapset til en nøytronstjerne etter en veldig lang periode med mating av materiale fra den røde kjempen. Det ville forklare ulikheten i aldre for de to stjernene i systemet.
"Disse gjenstandene er rart," sier Enrico. "Det kan være at enten magnetfeltet for nøytronstjernen ikke forfaller vesentlig med tiden, eller at nøytronstjernen faktisk dannet seg senere i det binære systems historie. Det ville bety at den kollapset fra en hvit dverg til en nøytronstjerne som et resultat av å mate den røde kjempen over lang tid, i stedet for å bli en nøytronstjerne som et resultat av en mer tradisjonell supernovaeksplosjon av en kortvarig massiv stjerne. ”
Det neste spørsmålet er hvor lang tid vil denne prosessen pågå? Er det kortvarig, eller begynnelsen på et langvarig forhold?
"Vi har ikke sett dette objektet før de siste 15 årene av observasjonene våre med INTEGRAL, så vi tror vi så røntgenstrålene slå seg på for første gang," sier Erik Kuulkers, ESAs INTEGRAL prosjektforsker. "Vi vil fortsette å se hvordan det oppfører seg i tilfelle det bare er et langt" vind "av vind, men så langt har vi ikke sett noen vesentlige endringer."
INTEGRAL romobservatorium ble lansert i 2002 for å studere noen av de mest energiske fenomenene i universet. Den fokuserer på ting som sorte hull, nøytronstjerner, aktive galaktiske kjerner og supernovaer. INTEGRAL er et European Space Agency-oppdrag i samarbeid med USA og Russland. Den anslåtte sluttdatoen er desember 2018.
