Den tregeste nøytronstjernen noensinne er funnet på den kosmiske kirkegården

Et uvanlig pulserende radiosignal som kommer fra en "stjernekirkegård" kan være bevis for en ny klasse nøytronstjerner, ifølge et internasjonalt team av forskere. Pulsarsignalet kommer fra en 53 millioner år gammel nøytronstjerne som roterer en gang hver 76 s  – noe som gjør dette til den sakteste roterende nøytronstjernen som noen gang er observert. Stjernen har blitt betegnet PSR J0901-4046 og ble funnet av MeerKAT radioteleskop i Sør-Afrika.

En nøytronstjerne er et objekt med en masse som ligner på solen, men som har blitt knust av tyngdekraften til en diameter på omtrent 20 km. Vinkelmomentet bevares når stjernen komprimeres, noe som betyr at rotasjonshastigheten til stjernen øker – omtrent som hvordan en snurrende kunstløper får fart når hun trekker armene inn.

Roterende nøytronstjerner er velkjent for å kringkaste stråler av radiobølger som vises som pulser til observatører på jorden. Radioemisjonsprosessen drives av stjernens rotasjon og denne overføringen av energi bremser til slutt rotasjonen til et punkt der utslippene forventes å stoppe.

Uventede pulseringer

"Det som er overraskende med denne oppdagelsen er at den ligger på nøytronstjernekirkegården. Det gjør det spesielt, forklarer Manisha Caleb ved University of Sydney, som var hovedforsker på prosjektet. «Vi forventer ingen radiopulsasjoner i denne regionen. Denne oppdagelsen har åpnet et helt uutforsket område hvor vi ikke hadde sett etter nøytronstjerner før.»

"Dette er den tregeste kjente nøytronstjernen til nå," legger Caleb til, som er hovedforfatter av en artikkel i Naturstjernen  som beskriver funnet. "Selve det faktum at den sender ut radiobølger utfordrer vår undervurdering av hvordan nøytronstjerner eldes."

Den tregeste nøytronstjernen som tidligere er oppdaget har en periode på 23.5 s, noe som betyr at dette nye funnet er omtrent tre ganger langsommere. PSR J0901–4046 ser ut til å ha minst syv forskjellige pulstyper, hvorav noen er sterkt periodiske. Dette mangfoldet av pulstyper er noe forskerne sier aldri har vært sett før.

Kvasiperiodiske pulser

"Ingen andre kjente nøytronstjerner viser denne varianten. Den "kvasiperiodiske" pulstypen kan skyldes seismiske vibrasjoner eller oscillasjoner av nøytronstjernen - som kan være viktige ledetråder til utslippsmekanismen som produserer disse utbruddene, sier Caleb. "Dette er begynnelsen på en ny klasse nøytronstjerner. Hvordan eller om det er relatert til andre klasser er ennå ikke undersøkt."

Caleb, tidligere ved University of Manchester, forklarer at observasjonen innebar mer enn en liten lykke. "Det faktum at kilden bare er "på" i rundt 0.5 % av rotasjonsperioden betyr at vi var veldig heldige for at strålen hadde krysset jorden, sa hun. "Vi kan godt mangle en hel populasjon av disse gjenstandene som vi ikke visste eksisterte før nå."

"Pulsarer er nøytronstjerner med stråler av stråling som kommer ut fra deres magnetiske poler som sveiper over jorden mens de roterer, slik at astronomer kan oppdage dem som en serie vanlige pulser," medforfatter av Naturstjernen papir og astrofysiker ved University of Oxford, Ian Heywood, Fortalte Fysikkverden. "Vi kan bruke radioteleskoper til å time rotasjonen av slike nøytronstjerner med ekstrem presisjon, noe som gjør pulsarer ekstremt tilfeldige ressurser for å teste en rekke aspekter av astrofysikk og grunnleggende fysikk."

Tilfeldig og grunnleggende

Heywood legger til at to av de grunnleggende tingene som forskere kan observere om nøytronstjerner er hastigheten på deres rotasjon og hastigheten som denne rotasjonen avtar.

"Teorier om nøytronstjerner forutsier at for noen kombinasjoner av disse to verdiene vil radioutslippet slå seg av og strålene vil forsvinne," sier han. "Det faktum at vi ser radioutslipp fra dette objektet med en så lang rotasjonsperiode utfordrer noen av disse teoriene."

Heywood påpeker at verdiene til PSR J0901–4046s rotasjons- og bremsehastighet – «teknisk referert til som parameterrommet» – markerer den som noe nytt.

"Ulike klasser av pulserende nøytronstjerner okkuperer ganske distinkte områder av parameterrommet, og denne oppdagelsen presser mot regioner som ikke inneholder noen kjent klasse av nøytronstjerner," forklarer Heywood. "Kanskje det ikke er en ny klasse av nøytronstjerner, men vår forståelse av den nåværende kjente befolkningen er ufullstendig. Uansett, denne oppdagelsen stiller spørsmål ved vår forståelse av denne typen objekter.»

Forskerne sier at ved å utnytte data fra MeerKAT fullt ut og ved å kombinere observasjonsteknikkene til teleskopets MeerTRAP- og ThunderKAT-prosjekter, håper de å søke etter flere objekter som PSR J0901–4046.

"Å finne flere av disse nøytronstjernene kan vise seg å være avgjørende for vår forståelse av den galaktiske nøytronstjernepopulasjonen," konkluderer Caleb.