Neutronstjerner er en av de mest fascinerende astronomiske objektene i det kjente universet. I tillegg til å være den tetteste stjernetypen (med mulig unntak av kvarkstjerner), har de også vært kjent for å danne binære par med massive stjerner. Til dags dato har bare 39 slike systemer blitt oppdaget, og enda færre er blitt oppdaget som var sammensatt av en massiv stjerne og en meget høy energi (VHE) gammastråle-nøytronstjerne.
Til dags dato har bare to av disse systemene blitt funnet, hvorav det andre ble oppdaget for bare noen få år siden av et team av internasjonale astronomer kjent som Very Energetic Radiation Imaging Telescope Array System (VERITAS) samarbeid. I tillegg til å være et sjeldent funn, var funnet også veldig heldig, siden den uvanlige oppførselen de observerte fra dette systemet ikke vil skje igjen før i 2067.
Enkelt sagt er nøytronstjerner de tette restene av en stjerne som har eksplodert i en supernova, og etterlatt seg et ekstremt tett, kompakt objekt som snurrer raskt. Dette fører til at en nøytronstjerne genererer kraftige magnetfelt som fokuserer strålingen i en tett bjelke, som ser ut som et fyrtårn når man ser det på kant. Når disse bjelkene krysser hverandre med Jorden, kan astronomer oppdage disse pulser ved radio og andre bølgelengder.
Siden det er vanlig at massive stjerner for binære par danner par, er det ikke overraskende at noen pulsarer har en kretsende følgesvenn som overlevde partneren sin som supernova. Det er også vanlig at disse systemene har ruskeskiver, som påvirkes av den raskt spinnende pulsaren. Når stråling kolliderer med rusk, skaper det ladede partikler som kan akselereres til nesten lysets hastighet, noe som resulterer i svært høye energi (VHE) gammastråler.
Ved å bruke de fire 12 m-teleskopene ved Fred Lawrence Whipple Observatory, som drives av Smithsonian Astrophysical Observatory (SAO), begynte VERITAS-samarbeidet å spore det som ble antatt å være et VHE gammastråle-pulsarsystem tilbake i 2016. Denne kilden er lokalisert i en massiv stjernebarnehage omtrent 5000 lysår fra Jorden i retning Cygnus-stjernebildet.
Ved hjelp av et team av astronomer som brukte de to 17 m store atmosfæriske Gamma Imaging Cherenkov (MAGIC) teleskopene (plassert ved El Roque de Los Muchachos-observatoriet på Kanariøyene), fant teamet ut at pulsaren hadde en massiv stjernekompis som gikk i bane rundt det hvert 50 år i en ekstremt elliptisk bane. De to lagene beregnet også at stjernene ville være på de nærmeste punktene i deres bane innen 13. november 2017, og ikke ville være igjen før 2067.
Direktørene for VERITAS-samarbeidet hadde tidligere inngått deltakelse med andre astronomer for å overvåke dette systemet før, under og etter dets nærmeste tilnærming. Ved hjelp av Fred Lawrence Whipple Observatorys fire teleskoper, oppdaget de gammastrålene fra de ekstremt korte blinkene fra Cherenkov-stråling som vises i himmelen når de blir absorbert av jordens atmosfære.
De første observasjonene, gjennomført i 2016, avdekket svake gammastråleutslipp, som var i samsvar med det faktum at det binære systemet var innebygd i en fantastisk barnehage. "Denne stabile utslippet på lavt nivå kommer mest sannsynlig fra en tåke som kontinuerlig blir drevet av pulsaren," sa Ralph Bird, en post-doktorgradsforsker ved University of California Los Angeles som spilte en ledende rolle i VERITAS-kampanjen.
Forskerne ventet derfor på at stjernene skulle nå det nærmeste punktet i deres bane for å se om det ville være noen forandring. I følge Alicia López Oramas, en forsker med MAGIC ved Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC), og en av de korresponderende forfatterne av studien, var "et så unikt system forventet å avgi meget høye energi gamma-stråler under denne tilnærmingen , og denne muligheten kunne ikke gå glipp av. ”
I september begynte ting å endre seg drastisk. Som Tyler Williamson, en doktorgradsstudent fra University of Delaware Department of Physics and Astronomy og en annen sentral bidragsyter til VERITAS, indikerte:
"Gamma-ray flux vi observerte i september var det dobbelte av forrige verdi. Under den nærmeste tilnærmingen mellom stjernen og pulsaren, i november 2017, økte fluksen 10 ganger på bare en enkelt natt. ”
For å forklare denne atferden, matchet teamet teoretiske modeller basert på de siste teoriene om pulsarer, ruskeskiver og de resulterende utslippene til observasjonene. Dette viste seg mislykket, noe som førte til at de konkluderte med at det er nødvendig med betydelige revisjoner, som inkluderer bedre informasjon om møtet mellom de to stjernene.
Kort sagt, flere observasjoner av dette binære paret er nødvendig før riktig modellering kan gjøres. Dette er ikke overraskende siden dette systemet bare er det andre tilfellet av et binært pulsarsystem som viser VHE-gamma-stråleemisjon. Likevel var observasjonene samlet av de to teamene uvurderlige, gitt at alle tidligere forklaringer om oppførselen til VHE gamma-ray pulsar binærene var spekulasjoner.
I de kommende årene planlegger forskerne å fortsette å observere denne og andre pulsarer for å overvåke den eksotiske oppførselen fra denne ekstreme typen gjenstander. Og hvis det kan utvikles riktige modeller for dette spesielle systemet, vil det være av enorm verdi for forskere, og tilby innsikt i fødselen og utviklingen av kompakte objekter - alt fra pulsarer til binære sorte hullsystemer.
Som Wystan Benbow, en astrofysiker ved CfA, uttalte: "fortsatt investering i drift av unike, ledende anlegg som VERITAS er kritisk og vil sikre ytterligere muligheter for å oppnå transformativ vitenskap."
VERITAS-samarbeidet er en gruppe på 80 forskere fra 20 institusjoner med base i USA, Canada, Tyskland og Irland. Studien som beskriver funnene deres nylig dukket opp i Astrofysiske journalbokstaver. Fred Lawrence Whipple Observatory drives av Smithsonian Astrophysical Observatory's (SAO).
