Kozmik bir ‘hız kamerası’ dünyada bir ilk olarak nötron yıldızı jetlerinin şaşırtıcı hızını ortaya çıkardı

Bir nötron yıldızı güçlü jetleri uzaya ne kadar hızlı fırlatabilir? Ekibimizin yakın zamanda ortaya çıkardığı gibi, cevabın ışık hızının yaklaşık üçte biri olduğu ortaya çıktı. yeni çalışma yayınlanan Doğa.

Enerjik kozmik ışınlar olarak bilinir jetler evrenimizin her yerinde görülür. Malzeme (çoğunlukla toz ve gaz) bir nötron yıldızı (bir zamanlar çok büyük olan bir yıldızın son derece yoğun bir kalıntısı) veya bir yıldız gibi herhangi bir yoğun merkezi nesneye doğru düştüğünde fırlatılırlar. Kara delik.

Jetler, düşen gazın açığa çıkardığı yerçekimi enerjisinin bir kısmını alıp, onu çok daha büyük ölçeklerde çevreye geri dönüştürüyor.

Evrendeki en güçlü jetler galaksilerin merkezlerindeki en büyük kara deliklerden geliyor. Bu jetlerin enerji çıkışı bütün bir galaksinin, hatta bir galaksi kümesinin evrimini etkileyebilir. Bu, jetleri evrenimizin kritik ama ilgi çekici bir bileşeni haline getiriyor.

Jetler yaygın olmasına rağmen hala nasıl fırlatıldıklarını tam olarak anlamış değiliz. Bir nötron yıldızının jetlerini ölçmek artık bize değerli bilgiler verdi.

Yıldız cesetlerinden jetler

Kara deliklerden gelen jetler parlak olma eğilimindedir ve bu konuda iyi bir çalışma yapılmıştır. Ancak nötron yıldızlarından gelen jetler genellikle çok daha sönüktür ve onlar hakkında çok daha az şey bilinmektedir.

Bu bir sorun teşkil ediyor, çünkü farklı gök cisimlerinin fırlattığı jetleri karşılaştırarak çok şey öğrenebiliriz. Nötron yıldızları Bunlar son derece yoğun yıldız cesetleridir; bir şehir büyüklüğünde kozmik küller olmasına rağmen bir yıldızın kütlesini içerirler. Bunları her biri yaklaşık 20 kilometre çapında devasa atom çekirdekleri olarak düşünebiliriz.

Kara deliklerin aksine nötron yıldızları hem katı bir yüzeye hem de manyetik alana sahiptir ve üzerlerine düşen gaz daha az yer çekimi enerjisi yayar. Tüm bu özelliklerin jetlerin nasıl fırlatılacağı üzerinde etkisi olacak ve bu da nötron yıldızı jetleri üzerine yapılan çalışmaları özellikle değerli kılacak.

Jetlerin nasıl fırlatıldığına dair önemli bir ipucu hızlarından geliyor. Eğer jet hızlarının nötron yıldızının kütlesine veya dönüşüne göre nasıl değiştiğini belirleyebilirsek, bu teorik tahminler açısından güçlü bir test sağlayacaktır. Ancak böyle bir test için jet hızlarını yeterince doğru bir şekilde ölçmek son derece zordur.

Kozmik bir hız kamerası

Dünya üzerinde hızları ölçerken, bir nesnenin iki nokta arasındaki zamanını ölçeriz. Bu, pistte koşan 100 metrelik bir koşucu ya da bir arabayı takip eden noktadan noktaya bir hız kamerası olabilir.

Thomas Russell liderliğindeki ekibimiz İtalyan Ulusal Astrofizik Enstitüsü Palermo’da bunu nötron yıldızı jetleri için yapmak üzere yeni bir deney gerçekleştirdi.

Geçmişte bu ölçümü bu kadar zorlaştıran şey, jetlerin sürekli akışlı olmasıdır. Bu, zamanlayıcımız için tek bir başlangıç ​​noktası olmadığı anlamına gelir. Ancak X-ışını dalga boylarında “başlangıç ​​silahımız” olarak kullanabileceğimiz kısa ömürlü bir sinyali tanımlamayı başardık.

Nötron yıldızları çok yoğun olduğundan yakındaki yörüngede dönen bir yıldızdan madde “çalabilir”. Bu gazın bir kısmı jetler halinde dışarı doğru fırlatılırken, çoğu nötron yıldızının üzerine düşüyor. Malzeme biriktikçe ısınır ve yoğunlaşır.

Yeterli malzeme biriktiğinde termonükleer bir patlamayı tetikler. Kontrolsüz bir nükleer füzyon reaksiyonu meydana gelir ve hızla yayılır ve tüm yıldızı yutar. Füzyon birkaç saniyeden dakikaya kadar sürer ve kısa süreli bir kaynamaya neden olur. X ışınlarının patlaması.

Bir gizemi çözmeye bir adım daha yaklaştık

Bu termonükleer patlamanın nötron yıldızının jetlerini bozacağını düşündük. Bu yüzden CSIRO’ları kullandık Avustralya Teleskop Kompakt Dizisi kesintiyi yakalamak için üç gün boyunca radyo dalga boylarında jetlere bakmak. Aynı zamanda Avrupa Uzay Ajansı’nın İntegral Sistemden gelen X ışınlarına bakmak için teleskop.

Şaşırtıcı bir şekilde, her X-ışını darbesinden sonra jetlerin daha da parlaklaştığını gördük. Termonükleer patlamalar jetleri bozmak yerine onlara güç veriyor gibiydi. Ve bu model bir nötron yıldızı sisteminde on kez tekrarlandı ve daha sonra ikinci bir sistemde tekrarlandı.

Bu şaşırtıcı sonucu, X-ışını darbesinin, nötron yıldızı etrafında dönen gazın içeriye doğru daha hızlı düşmesine neden olmasıyla açıklayabiliriz. Bu da jetlere yönlendirilecek daha fazla enerji ve malzeme sağlar.

Ancak en önemlisi, jetlerin fırlatılma zamanını belirtmek için X-ışını patlamasını kullanabiliriz. İki farklı radyo dalga boyunda görülebilecekleri yere doğru hareket etmelerinin ne kadar sürdüğünü zamanladık. Bu başlangıç ​​ve bitiş noktaları bize kozmik hız kameramızı sağladı.

İlginç bir şekilde ölçtüğümüz jet hızı, bir nötron yıldızından “kaçış hızına” yakındı. Dünya üzerinde bu kaçış hızı Saniyede 11,2 kilometre—Roketlerin Dünya’nın yerçekiminden kurtulmak için neyi başarması gerekiyor? Bir nötron yıldızı için bu değer ışık hızının yaklaşık yarısı kadardır.

Çalışmamız nötron yıldızı jet hızlarını ölçmek için yeni bir teknik tanıttı. Sonraki adımımız farklı kütlelere ve dönüş hızlarına sahip nötron yıldızları için jet hızının nasıl değiştiğini görmek olacak. Bu, teorik modelleri doğrudan test etmemizi sağlayacak ve bizi bu kadar güçlü kozmik jetlerin nasıl fırlatıldığını anlamaya bir adım daha yaklaştıracak.

Bu makale şuradan yeniden yayınlanmıştır: Konuşma Creative Commons lisansı altındadır. Okumak orijinal makale.