Neutronitähdet ovat yksi tunnetun maailmankaikkeuden kiehtovimmista tähtitieteellisistä objekteista. Sen lisäksi, että ne ovat tihein tähtityyppi (mahdollisesti kvarkkitähtiä lukuun ottamatta), niiden tiedetään myös muodostavan binääripareja massiivisten tähtien kanssa. Tähän mennessä on löydetty vain 39 tällaista järjestelmää, ja vielä vähemmän on havaittu, jotka koostuvat massiivisesta tähdestä ja erittäin korkean energian (VHE) gammasäteilyneutronitähdestä.
Tähän mennessä näistä järjestelmistä on löydetty vain kaksi, joista toinen oli löydetty vain muutama vuosi sitten kansainvälisten tähtitieteilijöiden ryhmä, joka tunnetaan nimellä The Erittäin energinen säteilykuvausteleskooppijärjestelmä (VERITAS) yhteistyö. Sen lisäksi, että löytö oli harvinainen, se oli myös erittäin onnekas, koska heidän havaitsemansa epätavallinen käyttäytyminen tästä järjestelmästä toistuu vasta 2067.
Yksinkertaisesti sanottuna neutronitähdet ovat supernovassa räjähtäneen tähden tiheitä jäännöksiä jättäen jälkeensä erittäin tiheän, kompaktin kappaleen, joka pyörii nopeasti. Tämä saa neutronitähden luomaan voimakkaita magneettikenttiä, jotka keskittävät sen säteilyn tiukkaan säteen, joka näyttää majakalta, kun sitä katsotaan reunasta. Kun nämä säteet leikkaavat maan kanssa, tähtitieteilijät voivat havaita nämä pulssit radio- ja muilla aallonpituuksilla.
Taiteilijan näkemys eksoottisesta kaksoisobjektista, joka koostuu pienestä neutronitähdestä, jota kiertää massiivisempi tähti. Luotto: ESO/L. Calçada
Koska on tavallista, että massiiviset tähdet muodostavat binääripareja, ei ole yllättävää, että joillakin pulsarilla on kiertävä kumppani, joka selvisi kumppaninsa supernovasta. On myös yleistä, että näissä järjestelmissä on roskalevyjä, joihin nopeasti pyörivä pulsar vaikuttaa. Kun säteily törmää roskaan, se luo varautuneita hiukkasia, jotka voidaan kiihdyttää lähes valonnopeuteen, mikä johtaa erittäin korkean energian (VHE) gammasäteisiin.
Käyttämällä neljää 12 m teleskooppia osoitteessa Fred Lawrence Whipplen observatorio , jota hallinnoi Smithsonian Astrophysical Observatory (SAO), VERITAS-yhteistyö aloitti VHE-gammapulsarijärjestelmän jäljittämisen jo vuonna 2016. Tämä lähde sijaitsee massiivisessa tähtien taimitarhassa noin 5000 valovuoden päässä Maasta. suuntaan Cygnus-tähdistö .
Tähtitieteilijäryhmän avulla, joka käytti kahta 17 m Merkittävä ilmakehän gammakuvaus Cherenkov (MAGIC) kaukoputket (sijaitsevat osoitteessa El Roque de Los Muchachosin observatorio Kanariansaarilla), ryhmä havaitsi, että pulsarilla oli massiivinen tähtikumppani, joka kiersi sitä 50 vuoden välein erittäin elliptisellä kiertoradalla. Molemmat joukkueet laskivat myös, että tähdet olisivat kiertoradansa lähimmissä pisteissä 13. marraskuuta 2017 mennessä ja vasta vuonna 2067.
VERITAS-yhteistyön johtajat olivat aiemmin osallistuneet muiden tähtitieteilijöiden kanssa seuratakseen tätä järjestelmää ennen sen lähintä lähestymistä, sen aikana ja sen jälkeen. Fred Lawrence Whipplen observatorion neljällä kaukoputkella he havaitsivat gammasäteet erittäin lyhyistä Cherenkov-säteilyn välähdyksistä, jotka ilmaantuvat taivaalla, kun ne absorboituvat Maan ilmakehään.
Vuonna 2016 tehdyt alustavat havainnot paljastivat heikkoja gammasäteilypäästöjä, jotka olivat yhdenmukaisia sen kanssa, että binäärijärjestelmä oli upotettu tähtien lastenhuoneeseen. 'Tämä matalatasoinen, tasainen päästö on todennäköisimmin peräisin sumusta, joka saa jatkuvasti virtaa pulsarista.' sanoi Ralph Bird, Kalifornian yliopiston Los Angelesin tohtoritutkija, jolla oli johtava rooli VERITAS-kampanjassa.
Tiedemiehet odottivat siksi, että tähdet saavuttavat lähimmän pisteen kiertoradalla nähdäkseen, tapahtuisiko muutoksia. Mukaan Alicia López Oramas, Instituto de Astrofísica de Canariasin (IAC) MAGIC-tutkija ja yksi tutkimuksen vastaavista kirjoittajista, 'tällaisen ainutlaatuisen järjestelmän odotettiin lähettävän erittäin korkean energian gammasäteitä tämän lähestymistavan aikana, ja tätä tilaisuutta ei voinut jättää käyttämättä.'
Syyskuussa asiat alkoivat muuttua radikaalisti. Kuten Tyler Williamson, jatko-opiskelija Delawaren yliopiston fysiikan ja tähtitieteen laitokselta ja toinen VERITASin tärkeä avustaja, ilmoitettu :
'Syyskuussa havaitsemamme gammasäteilyvuo oli kaksinkertainen edelliseen arvoon verrattuna. Lähimmän lähestymisen aikana tähden ja pulsarin välillä, marraskuussa 2017, virtaus kasvoi 10-kertaiseksi yhdessä yössä.
Selvittääkseen tämän käyttäytymisen ryhmä yhdisti havaintoihinsa teoreettisia malleja, jotka perustuivat uusimpiin teorioihin pulsareista, roskalevyistä ja niistä aiheutuvista päästöistä. Tämä osoittautui epäonnistuneeksi, minkä vuoksi he päättelivät, että tarvitaan merkittäviä tarkistuksia, jotka sisältävät parempaa tietoa kahden tähden kohtaamisesta.
Roque de los Muchachosin observatorion kaksi MAGIC Cherenkov -teleskooppia sijoitetaan La Palmaan. Luotto: IAC
Lyhyesti sanottuna tästä binääriparista tarvitaan lisää havaintoja ennen kuin voidaan tehdä oikea malli. Tämä ei ole yllättävää, koska tämä järjestelmä on vasta toinen tapaus binääripulsarijärjestelmästä, joka osoittaa VHE-gammasäteilyä. Siitä huolimatta kahden ryhmän keräämät havainnot olivat korvaamattomia, koska kaikki aiemmat selitykset VHE-gammasäteen pulsaaribinäärien käyttäytymisestä olivat spekulaatioita.
Tulevina vuosina tutkijat aikovat jatkaa tämän ja muiden pulsareiden tarkkailua seuratakseen tämän äärimmäisen tyyppisten esineiden eksoottista käyttäytymistä. Ja jos tälle nimenomaiselle järjestelmälle voidaan kehittää asianmukaisia malleja, se on valtava arvo tiedemiehille, koska se tarjoaa käsityksen kompaktien esineiden syntymisestä ja kehityksestä pulsareista binaarisiin mustien aukkojen järjestelmiin.
Kuten CfA:n astrofyysikko Wystan Benbow, totesi , 'jatkuvat investoinnit VERITASin kaltaisten ainutlaatuisten, huippuluokan laitosten toimintaan ovat kriittisiä ja varmistavat lisämahdollisuuksia transformatiivisen tieteen saavuttamiseen.'
VERITAS-yhteistyö on 80 tutkijan ryhmä 20 laitoksesta, jotka sijaitsevat Yhdysvalloissa, Kanadassa, Saksassa ja Irlannissa. Tutkimus, joka kuvaa heidän tuloksiaan, ilmestyi äskettäin Astrophysical Journal Letters . The Fred Lawrence Whipplen observatorio Sitä hoitaa Smithsonian Astrophysical Observatory's (SAO).
Lisälukemista: CfA