Shockingly Bright Dead Star met een puls Is een X-ray Powerhouse

Een compacte dode ster bekend als een pulsar is de bron voor een van de twee superbright röntgensignalen van een verre melkweg, een verrassende vondst die zou kunnen betekenen dat pulsars in het hart van andere dergelijke bekende bronnen liggen, zeggen wetenschappers.

De pulsar is de helderste in zijn soort ooit gezien, en is meer dan 10 miljoen keer helderder dan de zon, aldus onderzoekers. De ontdekking kan zelfs mogelijke implicaties hebben voor het begrip van astronomen over hoe sterrenstelsels zich vormen, voegde ze eraan toe.

Wetenschappers hadden lang gedacht dat zwarte gaten de enige bronnen voor ULXs waren. Omdat zwarte gaten dichtbij materiaal verbruiken, stoten ze krachtige röntgenstralen uit die verantwoordelijk zijn voor de extreem heldere ULX-objecten. De nieuw geïdentificeerde pulsar,

"Tot nu toe heeft niemand teveel aandacht besteed aan neutronensterren - pulsars - in ULXs", aldus hoofdauteur van de nieuwe studie, Matteo Bachetti, van de Université de Toulouse in Frankrijk, vertelde ProfoundSpace.org per e-mail. "Vanaf nu zullen mensen op zoek zijn naar meer pulsaties in deze objecten die hen kunnen identificeren als pulsars, en dus neutronensterren. Ik wed dat sommige andere ULXs in de volgende jaren als pulsars zullen worden geïdentificeerd." [Zie afbeeldingen van zwarte gaten rond het universum]

Bachetti en zijn team gebruikten de NuSTAR-telescoop van NASA om M82 X-2 te onderzoeken, een van de twee ULX's in het sigervormige sterrenstelsel M82, eentje dat zich op ongeveer 12 miljoen lichtjaar van de aarde bevindt. Het object, zo ontdekten ze, is een dichte neutronenster die pulseert terwijl hij draait, waardoor het zijn 'pulsar'-naam krijgt.

"Als het zo dichtbij was als de zon, zouden we gefrituurd worden voordat we zelfs maar geboren worden", zei Bachetti.

Tijdens het bestuderen van de ULX, merkten de onderzoekers elke 1,37 seconden een vreemde pulsatie op die enkele dagen na het begin van hun observaties verscheen. Dergelijke pulsaties komen niet voor rond zwarte gaten, maar gebeuren rond pulsars.

Deze pulserende sterren stralen lichtstralen, net als een vuurtorenstraal, die kan worden opgespoord door astronomen op aarde. Ze zijn een soort neutronenster, objecten die voorkomen wanneer een supernova explodeert en een dichte ster achterlaat. Terwijl pulsars materiaal van nabije sterren of andere voorwerpen opslokken, geven ze licht af, inclusief de röntgenstralen die door het team van Bachetti zijn waargenomen.

In het verleden werden pulsars als een optie voor alle behalve de zwakste ULXs weggegooid. De reden: ze zouden eenvoudigweg niet in staat moeten zijn om materiaal snel genoeg te consumeren om de helderheid of lichtsterkte te bereiken, aangetoond door ULXs. M82 X-2 schijnt 100 keer helderder dan modellen verwachten voor een dergelijk systeem.

"Dit wordt een probleem voor uitdagende theoretici wanneer ze dit resultaat lezen", vertelde Jeanette Gladstone van de University of Alberta in Canada per e-mail aan ProfoundSpace.org. Gladstone, die geen deel uitmaakte van het onderzoek, bestudeert accreterende compacte objecten, met een focus op ULXs. Ze is auteur van een News & Views-artikel dat vandaag naast het onderzoek in het tijdschrift Nature online is verschenen (8 oktober).

Omdat de pulsar sneller materiaal consumeert dan de theorieën mogelijk achtten, kan de vondst een diepgaand effect hebben op het begrip van wetenschappers van de aanwasfysica.

Net als neutronensterren worden zwarte gaten geboren aan het einde van de levensduur van een ster. Als een ster materiaal in een gewelddadige supernova wegblaast, kan een zwart gat achterblijven. Dit massieve object is zo sterk door de zwaartekracht dat zelfs het licht niet aan zijn greep kan ontsnappen. Daarom moeten wetenschappers indirect zwarte gaten bestuderen, door hoe ze omgaan met hun omgeving. [Hoe NuSTAR zwarte gaten (Infographic) jaagt]

In een binair systeem kunnen zwarte gaten, zoals neutronensterren, materiaal van hun metgezellen toevoegen, waarbij energie wordt uitgestraald in de vorm van röntgenstralen. Sommige zwarte gaten zijn stergrootte, terwijl andere extreem groot zijn; zulke supermassieve zwarte gaten liggen in het centrum van sterrenstelsels, inclusief het hart van de Melkweg.

De zwarte gaten waarvan wordt gedacht dat ze verantwoordelijk zijn voor het aandrijven van ULXs liggen ergens tussen de twee in; deze tussenliggende zwarte gaten wegen honderden tot duizenden malen de massa van de zon. Dergelijke zwarte gaten zijn voor astronomen ongrijpbaar gebleken. Afzonderlijk onderzoek begint echter twijfel te zaaien over de hypothese dat deze objecten ULXs aandrijven, aangezien vreemd gedraaide stellaire massa zwarte gaten meer onder de loep worden genomen als mogelijke bronnen van ULX-emissies.

Zwarte gaten zijn als de meest waarschijnlijke bronnen bestempeld vanwege hun extreem dicht opeengepakte massa's. Hoe groter een voorwerp, des te sneller het van zijn metgezel wordt afgevoed. De snelheid van dergelijke "voeding" geassocieerd met ULXs had gesuggereerd dat een massa met een zwart gat nodig was. Ter vergelijking: een pulsar is slechts ongeveer 1,4 keer zo massief als de zon, hoewel zo'n ster is verpakt in een bal met een diameter van gemiddelde grootte.

"Neutronensterren werden grotendeels weggegooid voor alle behalve de zwakste bronnen van het monster, omdat de 'snelheid van de maaltijd' te hoog had moeten zijn voor zo'n klein voorwerp," zei Bachetti.

De onthulling dat een pulsar de M82 X-2 aandrijft, kan astronomen ertoe aanzetten om eerder geïdentificeerde ULX's van naderbij te bekijken.

"We moeten voorzichtiger kijken naar de populatie van ULXs," zei Gladstone. "We kunnen andere opwindende bronnen vinden die ook de grenzen van ons begrip verleggen."

Hoewel ze er vredig en stil uitzien vanuit ons gezichtspunt op aarde, zijn sterren in feite dolende ballen met gewelddadig plasma. Test je geweldige smarts met deze quiz.Het team gebruikte NASA's Chandra X-ray Observatory om de bron te bestuderen en NuSTAR om de pulsar-signatuur van de compacte ster te vangen.

"NuSTAR is gewoon perfect voor de klus", zei Bachetti.

In tegenstelling tot de meeste telescopen, kan NuSTAR de oscillaties en pulsaties meten die de M82 X-2 als een pulsar categoriseren. Bovendien zijn de pulsaties sterker bij de röntgenstralenergieën waar NuSTAR gevoeliger is dan bij welke andere satelliet dan ook, zei hij.

Dergelijke pulsaties kunnen lastig zijn om te identificeren in andere bronnen, omdat de M82 X-2 blijkbaar perioden van lage of geen pulsatie doorstond. Het onderzoeken van reeds geïdentificeerde bronnen kan echter meer pulsars opleveren die eerder als zwarte gaten werden geclassificeerd.

Dus is M82 X-2 een veel voorkomend verschijnsel, of is het een zeldzame bron?

"Ik zou roeien voor het 'zeldzame object'-team," zei Bachetti.

Het identificeren van een pulsar in het hart van een ULX is belangrijk voor meer dan alleen de studie van deze extreem heldere objecten.

"Wetende dat je accretie kunt hebben bij deze ongelooflijke snelheden heeft implicaties voor de modellen van de evolutie van zwarte gaten en sterrenstelsels," zei Bachetti. "Voor deze modellen is de maximale snelheid waarmee compacte objecten groeien en groeien een belangrijke parameter om te begrijpen hoe het universum is geëvolueerd."