Overflatemønstrene for forskjellige vridningsmodus. Klikk for å forstørre
En massiv eksplosjon på overflaten av en nøytronstjerne ga astronomer en mulighet til å kikke seg inn i overflaten, på lik linje med hvordan geologer forstår jordas struktur under føttene våre. Eksplosjonen rystet nøytronstjernen og satte den inn som en bjelle. Vibrasjonene gikk deretter gjennom lag med ulik tetthet - slapp eller solid - og endret røntgenstrålene som strømmer av. Astronomer beregnet at den har en tykkere skorpe omtrent 1,6 km (1 mil) dyp, samsvarende med teoretiske estimater.
Et amerikansk-tysk team av forskere fra Max Planck Institute for Astrophysics og NASA har brukt NASAs Rossi X-ray Timing Explorer for å estimere dybden på jordskorpen på en nøytronstjerne, den tetteste gjenstanden som er kjent i universet. Skorpen, sier de, er omtrent 1,6 kilometer dyp og så tett pakket at en teskje av dette materialet ville veie rundt 10 millioner tonn på jorden.
Denne målingen, den første i sitt slag, kom med tillatelse til en massiv eksplosjon på en nøytronstjerne i desember 2004. Vibrasjoner fra eksplosjonen avslørte detaljer om stjernens sammensetning. Teknikken er analog med seismologi, studiet av seismiske bølger fra jordskjelv og eksplosjoner, som avslører strukturen i jordskorpen og det indre.
Denne nye seismologiteknikken gir en måte å undersøke en nøytronstjernens indre, et sted med stort mysterium og spekulasjoner. Trykk og tetthet er så intenst her at kjernen kan huse eksotiske partikler som antas å ha eksistert bare i det store øyeblikket.
Dr Anna Watts, fra Max Planck Institute for Astrophysics in Garching, utførte denne forskningen i samarbeid med Dr. Tod Strohmayer ved NASAs Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland.
"Vi tror denne eksplosjonen, den største av sitt slag noensinne er observert, virkelig spratt stjernen og bokstavelig talt begynte å ringe som en bjelle," sa Strohmayer. “Vibrasjonene som er oppstått i eksplosjonen, selv om de er svake, gir veldig spesifikke ledetråder om hva disse bisarre gjenstandene er laget av. Akkurat som en bjelle avhenger en nøytronstjernes ring av hvordan bølger går gjennom lag med forskjellig tetthet, enten slapp eller solid. "
En nøytronstjerne er kjernenes rester av en stjerne en gang flere ganger mer massiv enn solen. En nøytronstjerne inneholder omtrent 1,4 solmasser av materiale som er proppet inn i en sfære bare rundt 20 kilometer over. De to forskerne undersøkte en nøytronstjerne ved navn SGR 1806-20, som ligger omtrent 40 000 lysår fra Jorden i stjernebildet Skytten. Objektet er i en underklasse av høymagnetiske nøytronstjerner som kalles magnetars.
27. desember 2004 opplevde overflaten av SGR 1806-20 en enestående eksplosjon, den lyseste hendelsen noensinne har sett utenfor vårt solsystem. Eksplosjonen, kalt en hyperflare, var forårsaket av en plutselig endring i stjernens kraftige magnetfelt som knakk jordskorpen, og sannsynligvis ga et massivt stjerneskudd. Hendelsen ble oppdaget av mange romobservatorier, inkludert Rossi Explorer, som observerte røntgenlyset som ble avgitt.
Strohmayer og Watts tror at svingningene er bevis på globale torsjonsvibrasjoner i stjernens skorpe. Disse vibrasjonene er analoge med S-bølgene observert under jordjordskjelv, som en bølge som beveger seg gjennom et tau. Studien deres, som bygger på observasjoner av vibrasjoner fra denne kilden av Dr. GianLuca Israel fra Italias National Institute of Astrophysics, fant flere nye frekvenser under hyperblusset.
Watts og Strohmayer bekreftet deretter sine målinger ved å bruke NASAs Ramaty High Energy Solar Spectroscopic Imager, et solobservatorium som også registrerte hyperflare, og fant det første beviset for en høyfrekvent svingning ved 625 Hz, noe som indikerer bølger som krysser jordskorpen loddrett.
Overfloden av frekvenser - i likhet med en akkord, i motsetning til en enkelt note - gjorde forskerne i stand til å estimere dybden på nøytronstjerneskorpen. Dette er basert på en sammenligning av frekvenser fra bølger som reiser rundt stjerneskorpen og fra de som ferdes radielt gjennom den. Diameteren til en nøytronstjerne er usikker, men basert på anslaget på omtrent 20 kilometer over, ville jordskorpen være omtrent 1,6 kilometer dyp. Dette tallet, basert på de observerte frekvensene, er i tråd med teoretiske estimater.
Starquake seismologi har et stort løfte om å bestemme mange nøytronstjerneregenskaper. Strohmayer og Watts har analysert arkiverte Rossi-data fra en svakere magnetisk hyperflare fra 1998 (fra SGR 1900 + 14) og funnet svakheter også her, selv om de ikke er sterke nok til å bestemme skorpetykkelsen.
En større eksplosjon av nøytronstjerner oppdaget i røntgenstråler kan avsløre dypere hemmeligheter, for eksempel materiens natur i stjernens kjerne. En spennende mulighet er at kjernen kan inneholde frie kvarker. Quarks er byggesteinene til protoner og nøytroner, og under normale forhold er alltid tett bundet sammen. Å finne bevis for gratis kvarker vil hjelpe deg med å forstå den sanne naturen til materie og energi. Laboratorier på jorden, inkludert massive partikkelakseleratorer, kan ikke generere energiene som trengs for å avsløre frie kvarker.
"Neutronstjerner er gode laboratorier for studier av ekstrem fysikk," sa Watts. "Vi vil gjerne være i stand til å knekke en åpen, men siden det sannsynligvis ikke kommer til å skje, er det kanskje det beste å observere effekten av en magnetar hyperflare på en nøytronstjerne."
Originalkilde: Max Planck Society
