Künstlerische Darstellung eines Black-Widow-Pulsars. (Dr. Mark A. Garlick/Dunlap Institute for Astronomy & Astrophysics/University of Toronto) Der Zweitschnellste Drücken Sie Der jemals entdeckte Stern wurde beim Ausspucken von Gammastrahlen erwischt, und diese überraschende Entdeckung könnte Astronomen helfen, die Eigenschaften dieser seltsamen und extremen Sterne besser zu verstehen.
Die Gammastrahlung des Millisekundenpulsars PSR J0952−0607 ist so schwach, dass ihre Entdeckung einige clevere neue Suchmethoden erforderte – und diese ermöglichten beispiellose Messungen des Sterns.
Pulsare sind eine Art toter Stern, sogenannte Neutronensterne, das Endergebnis eines Sterns, der zu massereich ist, um ein Weißer Zwerg zu werden, und nicht massereich genug, um einer zu werden schwarzes Loch . Aber die Rotation dieser Pulsare ist so beschaffen, dass sie, während sie sich drehen, die Erde mit einem Strahlungsstrahl überstreichen, manchmal in Zeitskalen, die so präzise sind, dass sie uns helfen können Vermessen Sie das Universum .
Einige dieser Pulsare rotieren so schnell, dass sie sich im Millisekundenbereich bewegen; Passenderweise nennen wir diese Millisekundenpulsare, und sie werden normalerweise zusammen mit einem binären Begleiter gefunden. Es wird angenommen, dass ihre Rotation schneller wird, wenn sie Material von diesem Begleiter absaugen.
Das erste Mal wurde Gammastrahlung entdeckt, die von einem Millisekundenpulsar ausgeht im Jahr 1999 . Der zweite wurde nicht entdeckt bis 2009 , aber seitdem wurden viel mehr Millisekundenpulsare mit Gammastrahlen in Verbindung gebracht.
Aber PSR J0952−0607, 2017 entdeckt , rotiert mit atemberaubenden 707 Mal pro Sekunde; Es ist jetzt der schnellste Millisekunden-Pulsar, dessen Spin-Down-Rate (die Geschwindigkeit, mit der er langsamer wird) und sein Oberflächenmagnetfeld messen konnten.
Entsprechend die offizielle Fermi-Website im Jahr 2016 , wurden mindestens 17 Prozent der Millisekundenpulsare entdeckt, die Gammastrahlen aussenden, verglichen mit nur 3 Prozent der normalen Pulsarpopulation.
Aber PSR J0952−0607 ist einer der bisher extremsten, gleich nach PSR J1748-2446ad, dessen rasante Geschwindigkeit im Jahr 2006 entdeckt wurde bei 716 Umdrehungen pro Sekunde .
Um die 707-Rotation von PSR J0952−0607 ins rechte Licht zu rücken: Wenn wir einen Durchmesser von 20 Kilometern (Standard für Neutronensterne) annehmen, würde sich sein Äquator mit wahnsinnigen 44.422 Kilometern pro Sekunde fortbewegen – etwa 14 Prozent der Lichtgeschwindigkeit.
Es ist auch das, was wir eine „schwarze Witwe“ nennen. Der Pulsar hat die 1,4-fache Sonnenmasse und ist auf einen winzigen Durchmesser zusammengedrückt, mit einem binären Begleiter von etwa der 0,02-fachen Sonnenmasse. Was macht es zu einer schwarzen Witwe? ist diese wahnsinnig niedrige binäre Begleitermasse: Der Pulsar hat offensichtlich den größten Teil seines Begleiters aufgefressen.
Als es jedoch 2017 entdeckt wurde, konnten Forscher mit dem Fermi-Gammastrahlen-Weltraumteleskop keine vom Pulsar ausgehenden Gammastrahlen feststellen. Der Pulsar selbst wurde mit dem Low-Frequency Array entdeckt ( VERSPRECHEN ) Radioteleskop, in Frequenzen, die deutlich unter denen liegen, die normalerweise für die Suche nach Pulsaren verwendet werden.
Der Astronom Lars Nieder vom Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik arbeitet an der Erweiterung des Katalogs der Gammapulsare und beschloss daher, PSR J0952−0607 genauer unter die Lupe zu nehmen.
Er und seine Kollegen durchforsteten 8,5 Jahre an Daten von Fermi – zwischen August 2008 und Januar 2017 – und kombinierten diese mit zweijährigen Beobachtungen von LOFAR. Er machte auch neue optische Beobachtungen von zwei Teleskopen und führte sogar eine Suche danach durch Gravitationswellen mit LIGO.
„Diese Suche ist äußerst anspruchsvoll, da [Fermi] in den 8,5 Beobachtungsjahren nur das Äquivalent von etwa 200 Gammastrahlen des schwachen Pulsars registrierte.“ Während dieser Zeit drehte sich der Pulsar selbst etwa 200 Milliarden Mal. Mit anderen Worten: Nur einmal pro Milliarde Umdrehungen wurde ein Gammastrahl beobachtet. Nieder said .
„Für jede dieser Gammastrahlen muss bei der Suche genau ermittelt werden, wann sie während jeder der 1,4 Millisekunden dauernden Rotationen emittiert wurde.“
Diese Suche nach Gammastrahlungsemissionen wurde mit Hilfe des Mächtigen durchgeführt Atlas-Computing-Cluster . Und es fand das Signal – aber etwas, sagte Nieder, stimmte nicht.
„Das Signal war sehr schwach und nicht ganz dort, wo es sein sollte. Der Grund: Unsere Entdeckung der Gammastrahlen von J0952-0607 hatte einen Positionsfehler bei den ersten optischen Teleskopbeobachtungen ergeben, die wir für unsere Analyse nutzten. „Unsere Entdeckung der Gammastrahlenpulsationen hat diesen Fehler aufgedeckt“, er erklärte .
„Dieser Fehler wurde in der Veröffentlichung korrigiert, in der über die Entdeckung des Radiopulsars berichtet wurde.“ Eine neue und erweiterte Gammastrahlensuche ergab ein eher schwaches – aber statistisch signifikant - Entdeckung eines Gammastrahlenpulsars an der korrigierten Position.'
Und es gab noch eine weitere Überraschung: Vor 2011 gab es in den Daten keine Gammastrahlennachweise. Warum? Nun, wir wissen es nicht.
Es ist möglich, dass die Sternvariabilität etwas damit zu tun hat; Vielleicht war die Gammastrahlung damals schwächer – aus irgendeinem Grund zu schwach, um entdeckt zu werden. Oder es gab eine Änderung der Umlaufbahn oder Rotation, obwohl sonst nichts in den Daten darauf hindeutet. Das Team wird den Stern weiter untersuchen, um dieses eigenartige Verhalten zu verstehen.
Dieser neue, geringere Abstand bedeutete auch, dass das Team zurückgehen und die bekannten physikalischen Parameter des Pulsars überarbeiten konnte. Und sie fanden heraus, dass es zu den zehn schwächsten Magnetfeldern gehört, die jemals in einem Pulsar entdeckt wurden.
Dies steht im Einklang mit der Theorie, dass die aktive Akkretion eines Pulsars sein Magnetfeld dämpft – und es könnte uns, so die Forscher, dabei helfen, die minimale Magnetfeldstärke dieser wilden Sterne zu begrenzen.
Die Forschung wurde veröffentlicht in Das Astrophysikalische Journal .