Den långsammaste neutronstjärnan någonsin finns på den kosmiska kyrkogården

En ovanlig pulserande radiosignal som kommer från en "stjärnkyrkogård" kan vara bevis för en ny klass av neutronstjärnor, enligt ett internationellt team av forskare. Pulsarsignalen kommer från en 53 miljoner år gammal neutronstjärna som roterar en gång var 76:e s – vilket gör detta till den långsammast roterande neutronstjärnan som någonsin observerats. Stjärnan har betecknats PSR J0901-4046 och hittades av MeerKAT radioteleskop i Sydafrika.

En neutronstjärna är ett föremål med en massa som liknar solen, men som av gravitationen har klämts ihop till en diameter på cirka 20 km. Vinkelmomentet bevaras när stjärnan komprimeras, vilket innebär att stjärnans rotationshastighet ökar – ungefär som hur en snurrande konståkare rusar upp när hon drar in armarna.

Roterande neutronstjärnor är välkända för att sända strålar av radiovågor som visas som pulser till observatörer på jorden. Radioemissionsprocessen drivs av stjärnans rotation och denna överföring av energi saktar så småningom ner rotationen till den punkt där utsläppen förväntas upphöra.

Oväntade pulseringar

"Det som är förvånande med den här upptäckten är att den finns på neutronstjärnekyrkogården. Det gör det speciellt”, förklarar Manisha Caleb vid University of Sydney, som var huvudforskare i projektet. "Vi förväntar oss inga radiopulseringar i den här regionen. Den här upptäckten har öppnat ett helt outforskat område där vi inte hade letat efter neutronstjärnor tidigare."

"Detta är den långsammaste kända neutronstjärnan hittills," tillägger Caleb, som är huvudförfattare till en artikel i Natur Astronomi  som beskriver upptäckten. "Själva det faktum att den sänder ut radiovågor utmanar vår underskattning av hur neutronstjärnor åldras."

Den långsammaste neutronstjärnan som tidigare upptäckts har en period på 23.5 s, vilket betyder att detta nya fynd är ungefär tre gånger långsammare. PSR J0901–4046 verkar ha minst sju olika pulstyper varav några är starkt periodiska. Denna mångfald av pulstyper är något som forskarna säger aldrig har setts förut.

Kvasiperiodiska pulser

"Ingen annan känd neutronstjärna visar denna sort. Den "kvasiperiodiska" pulstypen kan bero på seismiska vibrationer eller oscillationer från neutronstjärnan - vilket kan vara viktiga ledtrådar till emissionsmekanismen som producerar dessa skurar, säger Caleb. "Detta är början på en ny klass av neutronstjärnor. Hur eller om det relaterar till andra klasser är ännu att utforska."

Caleb, tidigare vid University of Manchester, förklarar att observationen innebar mer än en liten lycka. "Det faktum att källan bara är "på" under cirka 0.5 % av rotationsperioden betyder att vi hade mycket tur för strålen att ha korsat jorden, sa hon. "Vi kan mycket väl sakna en hel population av dessa föremål som vi inte ens visste fanns förrän nu."

"Pulsarer är neutronstjärnor med strålar av strålning som kommer från deras magnetiska poler som sveper över jorden när de roterar, vilket gör att astronomer kan upptäcka dem som en serie regelbundna pulser," medförfattare till Natur Astronomi papper och astrofysiker vid University of Oxford, Ian Heywood, Berättade Fysik värld. "Vi kan använda radioteleskop för att tajma rotationen av sådana neutronstjärnor med extrem precision, vilket gör pulsarer till extremt slumpmässiga resurser för att testa många aspekter av astrofysik och fundamental fysik."

Slumpmässigt och grundläggande

Heywood tillägger att två av de grundläggande sakerna som forskare kan observera om neutronstjärnor är deras rotationshastighet och hastigheten med vilken denna rotation saktar ner.

"Teorier om neutronstjärnor förutspår att för vissa kombinationer av dessa två värden kommer radioemissionen att stängas av och strålarna kommer att försvinna", säger han. "Det faktum att vi ser radioemission från detta objekt med en så lång rotationsperiod utmanar några av dessa teorier."

Heywood påpekar att värdena för PSR J0901–4046:s rotationshastighet och långsammare – tekniskt kallad dess parameterutrymme – markerar det som något nytt.

"Olika klasser av pulserande neutronstjärnor upptar ganska distinkta regioner av parameterrymden, och denna upptäckt driver mot regioner som inte innehåller någon känd klass av neutronstjärnor," förklarar Heywood. "Kanske är det inte en ny klass av neutronstjärnor, utan snarare är vår förståelse av den nuvarande kända populationen ofullständig. Hur som helst, denna upptäckt ifrågasätter vår förståelse av den här typen av objekt."

Forskarna säger att genom att fullt ut utnyttja data från MeerKAT och genom att kombinera observationsteknikerna från teleskopets MeerTRAP- och ThunderKAT-projekt hoppas de kunna söka efter fler objekt som PSR J0901–4046.

"Att hitta fler av dessa neutronstjärnor kan visa sig vara avgörande för vår förståelse av den galaktiska neutronstjärnans population", avslutar Caleb.