Astronomen die ESA's X-ray observatorium XMM-Newton gebruiken, hebben een kleine, heldere? Hotspot gedetecteerd? op het oppervlak van de neutronenster genaamd Geminga, 500 lichtjaar van ons vandaan. De hotspot is zo groot als een voetbalveld en wordt veroorzaakt door hetzelfde mechanisme dat Geminga's röntgenstaarten produceert. Deze ontdekking identificeert de ontbrekende schakel tussen de röntgen- en gammastraling-emissie van Geminga.
Neutronensterren zijn de kleinste bekende sterren. Het zijn de super-dichte overblijfselen van massieve sterren die stierven bij catastrofale explosies die supernovae worden genoemd. Ze zijn als kanonskogels door de ruimte gegooid en met een enorme snelheid rondgedraaid, met magnetische velden die honderden miljarden keren sterker zijn dan die van de aarde.
In het geval van Geminga bevat deze kanonskogel anderhalve keer de massa van de zon, geperst in een bol van slechts 20 kilometer breed en vier keer per seconde ronddraaiend.
Geminga wordt omringd door een wolk die bruist van elektrisch geladen deeltjes. Deze deeltjes worden door de magnetische en elektrische velden omgeleid. ESA's XMM-Newton-observatorium had al ontdekt dat sommige van deze deeltjes in de ruimte worden uitgestoten en staarten vormen die achter de neutronenster stromen terwijl deze voort raast.
Wetenschappers wisten niet of Geminga's staarten worden gevormd door elektronen of door hun tweelingdeeltjes met een tegengestelde elektrische lading, positronen genaamd. Desalniettemin verwachtten ze dat, als bijvoorbeeld elektronen de ruimte in worden geschopt, de positronen naar de neutronenster zelf moeten worden gesluisd, zoals in een? Eigen doel ?. Waar deze deeltjes het oppervlak van de ster raken, zouden ze een hotspot moeten creëren, een gebied dat aanzienlijk heter is dan de omgeving.
Een internationaal team van astronomen, onder leiding van Patrizia Caraveo, IASF-CNR, Italië, heeft nu de detectie van zo'n hotspot op Geminga gemeld met behulp van ESA's XMM-Newton-observatorium.
Met een temperatuur van ongeveer twee miljoen graden is deze hotspot aanzienlijk warmer dan de half miljoen graden van het omringende oppervlak. Volgens dit nieuwe werk is de hotspot van Geminga slechts 60 meter in straal.
"Deze hotspot is zo groot als een voetbalveld", zei Caraveo, "en is het kleinste object dat ooit buiten ons zonnestelsel is gedetecteerd." Details van deze omvang kunnen momenteel alleen worden gemeten op de maan en Mars en, zelfs dan, alleen vanaf een ruimtevaartuig in een baan eromheen.
De aanwezigheid van een hotspot werd eind jaren negentig vermoed, maar pas nu kunnen we het 'live' zien, waarbij röntgenstralen worden uitgezonden terwijl Geminga roteert, dankzij de superieure gevoeligheid van ESA's röntgenobservatorium, XMM-Newton.
Het team gebruikte de European Photon Imaging Cameras (EPIC) om een onderzoek naar Geminga uit te voeren, dat ongeveer 28 opeenvolgende uren duurde en de aankomsttijd en energie van elk röntgenfoton dat Geminga uitzond binnen het bereik van XMM-Newton vastlegde.
“In totaal bedroeg dit 76 850 röntgenonderzoeken? twee keer zoveel als er zijn verzameld door alle eerdere waarnemingen van Geminga, sinds de tijd van het Romeinse rijk, ”zei Caraveo.
Het kennen van de rotatiesnelheid van Geminga en de tijd van de aankomst van elk foton betekende dat astronomen konden identificeren welke fotonen afkomstig waren uit elk gebied van de neutronenster terwijl het roteerde.
Toen ze fotonen vergeleken die uit verschillende delen van de ster kwamen, ontdekten ze dat de? Kleur? van de röntgenstralen, die overeenkomt met hun energie, veranderde toen Geminga roteerde. Ze konden met name duidelijk een duidelijke kleurverandering zien toen de hotspot in zicht kwam en vervolgens achter de ster verdween.
Dit onderzoek dicht de kloof tussen de röntgen- en gammastraling van neutronensterren. XMM-Newton heeft aangetoond dat ze allebei kunnen ontstaan door hetzelfde fysische mechanisme, namelijk de versnelling van geladen deeltjes in de magnetosfeer van deze gedegenereerde sterren.
"De Geminga-waarneming van XMM-Newton was bijzonder vruchtbaar", zegt Norbert Schartel, ESA's projectwetenschapper voor XMM-Newton. "Vorig jaar leverde het de ontdekking van de bronstaarten op en nu heeft het zijn roterende hotspot gevonden."
Caraveo past deze nieuwe techniek al toe op andere pulserende neutronensterren die door XMM-Newton zijn waargenomen, op zoek naar hotspots. Dit onderzoek is een belangrijk nieuw hulpmiddel om de fysica van neutronensterren te begrijpen.
Oorspronkelijke bron: ESA News Release
