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Simultane Röntgen- und Multiband-Lichtkurven von 4U1728. Kredit: Natur (2024). doi: 10.1038/s41586-024-07133-5
Simultane Röntgen- und Multiband-Lichtkurven von 4U1728. Kredit: Natur (2024). doi: 10.1038/s41586-024-07133-5
Wie schnell treibt ein Neutronenstern mächtige Jets in den Weltraum? Es stellt sich heraus, dass die Antwort etwa ein Drittel der Lichtgeschwindigkeit beträgt, wie unser Team gerade herausgefunden hat Neue Studie Veröffentlicht in Natur.
Aktive kosmische Strahlung, bekannt als Flugzeuge Sie sind auf der ganzen Welt zu sehen. Sie werden freigesetzt, wenn Material – hauptsächlich Staub und Gas – auf ein dichtes zentrales Objekt fällt, beispielsweise einen Neutronenstern (den extrem dichten Überrest eines ehemaligen massereichen Sterns) oder einen Neutronenstern. schwarzes Loch.
Die Jets tragen einen Teil der Gravitationsenergie des fallenden Gases und geben sie in viel größeren Maßstäben wieder in die Umgebung zurück.
Die stärksten Jets im Universum kommen von den größten Schwarzen Löchern, die sich in den Zentren von Galaxien befinden. Der Energieausstoß dieser Jets kann die Entwicklung einer ganzen Galaxie oder sogar einer Gruppe von Galaxien beeinflussen. Dies macht Flugzeuge zu einem wichtigen und interessanten Element unserer Welt.
Obwohl Jets weit verbreitet sind, verstehen wir immer noch nicht vollständig, wie sie gestartet werden. Die Messung der Jets eines Neutronensterns hat uns nun wertvolle Informationen geliefert.
Ebenen der Astralkörper
Jets aus Schwarzen Löchern sind in der Regel hell und wurden gut untersucht. Jets von Neutronensternen sind jedoch normalerweise viel schwächer und es ist wenig über sie bekannt.
Dies stellt ein Problem dar, da wir durch den Vergleich der von verschiedenen Himmelskörpern abgegebenen Jets viel lernen können. Neutronensterne Es handelt sich um extrem dichte Sternenleichen, kosmische Asche von der Größe einer Stadt, aber mit der Masse eines Sterns. Wir können sie uns als massive Atomkerne mit einem Durchmesser von jeweils etwa 20 Kilometern vorstellen.
Im Gegensatz zu Schwarzen Löchern haben Neutronensterne eine feste Oberfläche und ein Magnetfeld, und auf sie fallendes Gas setzt weniger Gravitationsenergie frei. Alle diese Eigenschaften werden einen Einfluss darauf haben, wie sie ihre Jets abfeuern, was Studien an Neutronensternjets besonders wertvoll macht.
Einer der wichtigsten Hinweise darauf, wie Flugzeuge starten, ist ihre Geschwindigkeit. Wenn wir bestimmen könnten, wie sich die Geschwindigkeit der Jets mit der Masse oder dem Spin eines Neutronensterns ändert, wäre dies ein überzeugender Test für theoretische Vorhersagen. Es ist jedoch äußerst schwierig, die Geschwindigkeit von Flugzeugen genau genug zu messen, um einen solchen Test durchzuführen.
Kosmischer Blitzer
Wenn wir die Geschwindigkeit auf der Erde messen, messen wir die Zeit eines Objekts zwischen zwei Punkten. Dabei kann es sich um einen 100-Meter-Läufer handeln, der die Strecke entlangläuft, oder um eine Punkt-zu-Punkt-Blitzerkamera, die ein Auto verfolgt.
Unser Team wird von Thomas Russell geleitet Italienisches Nationalinstitut für Astrophysik In Palermo führte er dazu ein neues Experiment an Neutronensternjets durch.
Was diese Messung in der Vergangenheit so schwierig gemacht hat, ist, dass es sich um konstante Flüsse handelt. Das bedeutet, dass es für unseren Timer keinen einzigen Startpunkt gibt. Aber wir konnten ein kurzlebiges Signal bei Röntgenwellenlängen identifizieren, das wir als „Startschuss“ nutzen können.
Da Neutronensterne so dicht sind, können sie einem nahegelegenen Begleitstern Materie „stehlen“. Während ein Teil dieses Gases in Form von Jets nach außen abgegeben wird, fällt der größte Teil letztendlich auf den Neutronenstern. Wenn sich das Material ansammelt, wird es heißer und dichter.
Wenn sich genügend Materie ansammelt, kommt es zu einer thermonuklearen Explosion. Es kommt zu einer außer Kontrolle geratenen Kernfusionsreaktion, die sich schnell ausbreitet und den Stern vollständig verschlingt. Die Fusion dauert einige Sekunden bis Minuten und verursacht eine kurze Zeitspanne Röntgenexplosion.
Der Lösung des Rätsels einen Schritt näher gekommen
Wir dachten, dass diese thermonukleare Explosion die Jets des Neutronensterns zerstören würde. Also haben wir CSIRO verwendet Australien Compact Telescope Array Drei Tage lang über Radiowellen auf Flugzeuge starren, um die Turbulenzen aufzuspüren. Mittlerweile haben wir ESA genutzt Basic Ein Teleskop zur Betrachtung der Röntgenstrahlen des Systems.
Zu unserer Überraschung stellten wir fest, dass die Jets nach jedem Röntgenimpuls heller wurden. Anstatt die Jets außer Gefecht zu setzen, schienen thermonukleare Explosionen sie anzutreiben. Dieses Muster wiederholte sich zehnmal in einem Neutronensternsystem und dann noch einmal in einem zweiten System.
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Kernexplosionen auf einem Neutronenstern befeuern dessen Jets. Bildnachweis: Daniel Wutselaar und Natalie Degenaar, Anton Pannekoek Institut, Universität Amsterdam, CC BY-SA
Kernexplosionen auf einem Neutronenstern befeuern dessen Jets. Bildnachweis: Daniel Wutselaar und Natalie Degenaar, Anton Pannekoek Institut, Universität Amsterdam, CC BY-SA
Wir können dieses überraschende Ergebnis erklären, wenn der Röntgenpuls dazu führt, dass das um den Neutronenstern herumwirbelnde Gas schneller nach innen fällt. Dies wiederum liefert mehr Energie und Materialien, die in Flugzeuge umgewandelt werden können.
Aber was noch wichtiger ist: Wir können den Röntgenausbruch nutzen, um anzuzeigen, wann Flugzeuge starten. Wir haben die Zeit bestimmt, die sie brauchten, um sich nach außen zu bewegen und bei zwei verschiedenen Wellenlängen sichtbar zu werden. Diese Start- und Endpunkte versorgten uns mit unserer eigenen kosmischen Radarkamera.
Interessanterweise lag die von uns gemessene Geschwindigkeit des Jets nahe an der „Fluchtgeschwindigkeit“ eines Neutronensterns. Auf der Erde beträgt diese Fluchtgeschwindigkeit 11,2 Kilometer pro Sekunde—Was Raketen leisten müssen, um der Schwerkraft der Erde zu entkommen. Für einen Neutronenstern beträgt dieser Wert etwa die Hälfte der Lichtgeschwindigkeit.
Unsere Arbeit hat eine neue Technik zur Messung der Geschwindigkeiten von Neutronensternjets bereitgestellt. Unsere nächsten Schritte werden darin bestehen, zu sehen, wie sich die Geschwindigkeit des Jets für Neutronensterne unterschiedlicher Masse und Rotationsgeschwindigkeit ändert. Dadurch können wir theoretische Modelle direkt testen und kommen der Entdeckung, wie diese mächtigen kosmischen Jets gestartet werden, einen Schritt näher.
Mehr Informationen:
thomas d. Russell et al., Thermonukleare Explosionen auf Neutronensternen zeigen die Geschwindigkeit ihrer Jets, Natur (2024). doi: 10.1038/s41586-024-07133-5
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