Wanneer een ster tegen het einde van zijn levensduur zijn nucleaire brandstof opgebruikt, ondergaat hij een zwaartekrachtsinslag en werpt zijn buitenste lagen af. Dit resulteert in een prachtige explosie die bekend staat als een supernova, wat kan leiden tot het ontstaan van een zwart gat, een pulsar of een witte dwerg. En ondanks decennia van observatie en onderzoek, zijn er nog steeds veel wetenschappers niet op de hoogte van dit fenomeen.
Gelukkig leiden voortdurende observaties en verbeterde instrumenten tot allerlei ontdekkingen die kansen bieden voor nieuwe inzichten. Zo heeft een team van astronomen van de National Radio Astronomy Observatory (NRAO) en NASA onlangs een 'kanonskogel'-pulsar waargenomen die wegschiet van de supernova waarvan wordt aangenomen dat deze deze heeft gecreëerd. Deze vondst geeft al inzicht in hoe pulsars snelheid kunnen oppikken van een supernova.
De pulsar, die PSR J0002 + 6216 (J0002) wordt genoemd, bevindt zich op ongeveer 6.500 lichtjaar van de aarde. Het werd oorspronkelijk ontdekt in 2017 door burgerwetenschappers die werkten voor een project genaamd [email protected], dat afhankelijk is van vrijwilligers om gegevens van de NASA Fermi Gamma-ray Space Telescope (FGST) te analyseren. Dit project was verantwoordelijk voor de ontdekking van 23 pulsars tot nu toe.
Het was echter deze bijzondere ontdekking die bijzonder belangrijk was. Sinds het voor het eerst werd ontdekt, voerde een team onder leiding van Frank Schinzel van het National Radio Astronomy Observatory (NRAO) follow-up radio-observaties uit met behulp van de Karl G. Jansky Very Large Array (VLA) in New Mexico. Hieruit bleek dat de pulsar een staart van geschokte deeltjes en magnetische energie had die zich 13 lichtjaren uitstrekte.
Nog interessanter was het feit dat deze staart naar het centrum van een supernova-overblijfsel wees, 53 lichtjaar erachter (CTB 1). Deze staart was het resultaat van de snelle beweging van de pulsar door interstellair gas, wat resulteerde in schokgolven die magnetische energie en versnelde deeltjes produceren in zijn kielzog. Zoals Shinzel uitlegde in een recent persbericht van NASA:
“Dankzij zijn smalle pijlachtige staart en een toevallige kijkhoek kunnen we deze pulsar rechtstreeks naar zijn geboorteplaats volgen. Nadere bestudering van dit object zal ons helpen beter te begrijpen hoe deze explosies in staat zijn om neutronensterren zo snel te 'trappen'. "
Door te vertrouwen op Fermi-gegevens kon het team meten hoe snel en in welke richting de pulsar bewoog. Dit werd bereikt door een techniek die bekend staat als "pulsar timing", waarbij gammaflitsen die optreden bij elke rotatie van de pulsar (in het geval van J0002, 8,7 keer per seconde) worden gebruikt om beweging te volgen.
Hieruit heeft het team vastgesteld dat de J0002 met een snelheid van ongeveer 1125 km / s (700 mps) of 4 miljoen km / h (2,5 miljoen mph) reed. In het verleden hebben wetenschappers waargenomen dat pulsars met hoge snelheden reizen, maar met een gemiddelde snelheid die ongeveer vijf keer langzamer was - 240 km / s (150 mps). Zoals Dale Frail (een onderzoeker van de NRAO die deel uitmaakte van het ontdekkingsteam) uitlegde:
"Het explosiepuin in het supernovarest is oorspronkelijk sneller uitgezet dan de beweging van de pulsar. Het puin werd echter vertraagd door de ontmoeting met het dunne materiaal in de interstellaire ruimte, dus de pulsar kon het inhalen en inhalen. '
Het team stelde ook vast dat de pulsar uiteindelijk de door de supernova gecreëerde expanderende schaal zou hebben ingehaald. In eerste instantie zou het uitdijende puin van de supernova sneller naar buiten zijn gegaan dan J0002, maar na ongeveer 5000 duizend jaar vertraagde de interactie van de schaal met interstellair gas het geleidelijk. Tegen 10.000 jaar, wat astronomen nu zien, bevond de pulsar zich ver buiten de schaal.
Astronomen weten al lang dat pulsars een enorme boost kunnen krijgen door de supernova-explosies die ze veroorzaken, maar ze blijven onduidelijk hoe dat gebeurt. Een mogelijke verklaring is dat instabiliteit in de instortende ster een dicht, langzaam bewegend gebied van materie had kunnen produceren dat de neutronenster begon voort te trekken, waardoor deze geleidelijk uit het centrum van de explosie werd versneld.
'Deze pulsar beweegt zo snel dat hij uiteindelijk ons Melkwegstelsel zal ontsnappen', zei Frail. “Er zijn talloze mechanismen voorgesteld om de kick te produceren. Wat we zien in PSR J0002 + 6216 ondersteunt het idee dat hydrodynamische instabiliteiten in de supernova-explosie verantwoordelijk zijn voor de hoge snelheid van deze pulsar. ”
Wat de toekomst betreft, is het team van plan aanvullende observaties uit te voeren met behulp van de VLA, de Very Long Baseline Array (VLBA) van de National Science Foundation en de Chandra X-ray Observatory van NASA. Deze follow-ups zullen hopelijk meer aanwijzingen geven over hoe deze pulsar zoveel snelheid heeft opgepikt, wat een grote bijdrage zou kunnen leveren aan het oplossen van een deel van het mysterie dat nog steeds supernova-explosies omringt.
Deze resultaten werden onlangs gedeeld op de 17e bijeenkomst van de High Energy Astrophysics Division (HEAD) van de American Astronomical Society, die van 17 tot 21 maart werd gehouden in Monterey, Californië. Ze zijn ook het onderwerp van een studie die wordt herzien voor publicatie in het laatste nummer van The Astrophysical Journal Letters.
