Langsomste neutronstjerne nogensinde findes på den kosmiske kirkegård

Et usædvanligt pulserende radiosignal, der dukker op fra en "stjernekirkegård" kunne være bevis for en ny klasse af neutronstjerner, ifølge et internationalt hold af videnskabsmænd. Pulsarsignalet kommer fra en 53 millioner år gammel neutronstjerne, der roterer en gang hver 76 s - hvilket gør dette til den langsomst roterende neutronstjerne, der nogensinde er observeret. Stjernen har fået betegnelsen PSR J0901-4046 og blev fundet af meerkat radioteleskop i Sydafrika.

En neutronstjerne er et objekt med en masse svarende til Solen, men er blevet klemt af tyngdekraften til en diameter på omkring 20 km. Vinkelmomentet bevares, efterhånden som stjernen komprimeres, hvilket betyder, at stjernens rotationshastighed øges - meget ligesom hvordan en snurrende kunstskøjteløber accelererer, når hun trækker armene ind.

Roterende neutronstjerner er velkendte for at udsende stråler af radiobølger, der vises som impulser til observatører på Jorden. Radioemissionsprocessen drives af stjernens rotation, og denne overførsel af energi bremser til sidst rotationen til det punkt, hvor emissionerne forventes at stoppe.

Uventede pulseringer

"Det overraskende ved denne opdagelse er, at den bor på neutronstjernekirkegården. Det gør den speciel,” forklarer Manisha Caleb ved University of Sydney, som var ledende forsker på projektet. "Vi forventer ikke nogen radiopulseringer i denne region. Denne opdagelse har åbnet et helt uudforsket område, hvor vi ikke havde ledt efter neutronstjerner før."

"Dette er den langsomste kendte neutronstjerne endnu," tilføjer Caleb, som er hovedforfatter af et papir i Naturstronomi  der beskriver opdagelsen. "Selve det faktum, at det udsender radiobølger, udfordrer vores undervurdering af, hvordan neutronstjerner ældes."

Den langsomste neutronstjerne, der tidligere er set, har en periode på 23.5 s, hvilket betyder, at dette nye fund er omkring tre gange langsommere. PSR J0901–4046 synes at have mindst syv forskellige pulstyper, hvoraf nogle er stærkt periodiske. Denne mangfoldighed af pulstyper er noget, forskerne siger, aldrig er set før.

Kvasiperiodiske pulser

"Ingen anden kendt neutronstjerne viser denne sort. Den 'kvasiperiodiske' pulstype kan skyldes seismiske vibrationer eller oscillationer af neutronstjernen - hvilket kan være vigtige spor til emissionsmekanismen, der producerer disse udbrud," siger Caleb. "Dette er begyndelsen på en ny klasse af neutronstjerner. Hvordan eller om det relaterer til andre klasser er endnu ikke udforsket."

Caleb, tidligere fra University of Manchester, forklarer, at observationen involverede mere end lidt held. "Det faktum, at kilden kun er 'tændt' i omkring 0.5 % af rotationsperioden, betyder, at vi var meget heldige, fordi strålen havde krydset Jorden," sagde hun. "Vi mangler muligvis en hel population af disse objekter, som vi ikke engang vidste eksisterede før nu."

"Pulsarer er neutronstjerner med stråler af stråling, der kommer ud fra deres magnetiske poler, der fejer hen over jorden, mens de roterer, hvilket gør det muligt for astronomer at detektere dem som en serie af regelmæssige impulser," medforfatter til Naturstronomi papir og astrofysiker ved University of Oxford, Ian Heywood, Fortalte Fysik verden. "Vi kan bruge radioteleskoper til at time rotationen af ​​sådanne neutronstjerner med ekstrem præcision, hvilket gør pulsarer ekstremt tilfældige ressourcer til at teste adskillige aspekter af astrofysik og grundlæggende fysik."

Tilfældigt og grundlæggende

Heywood tilføjer, at to af de grundlæggende ting, som forskere kan observere om neutronstjerner, er hastigheden af ​​deres rotation og den hastighed, hvormed denne rotation aftager.

"Teorier om neutronstjerner forudsiger, at for nogle kombinationer af disse to værdier vil radioemissionen slukke, og strålerne vil forsvinde," siger han. "Det faktum, at vi ser radioemission fra dette objekt med så lang en rotationsperiode, udfordrer nogle af disse teorier."

Heywood påpeger, at værdierne for PSR J0901-4046's rotations- og sænkningshastighed - teknisk set kaldet dets parameterrum - markerer det som noget nyt.

"Forskellige klasser af pulserende neutronstjerner optager ganske forskellige områder af parameterrummet, og denne opdagelse skubber mod områder, der ikke indeholder nogen kendt klasse af neutronstjerner," forklarer Heywood. "Måske er det ikke en ny klasse af neutronstjerner, men snarere er vores forståelse af den nuværende kendte befolkning ufuldstændig. Uanset hvad, sætter denne opdagelse spørgsmålstegn ved vores forståelse af denne type objekt."

Forskerne siger, at ved fuldt ud at udnytte data fra MeerKAT og ved at kombinere observationsteknikkerne fra teleskopets MeerTRAP- og ThunderKAT-projekter, håber de at søge efter flere objekter som PSR J0901-4046.

"At finde flere af disse neutronstjerner kan vise sig at være afgørende for vores forståelse af den galaktiske neutronstjernepopulation," slutter Caleb.