De radiopulsar PSR B1259-63. Afbeelding tegoed: ESA Klik om te vergroten
ESA-astronomen hebben iets heel bijzonders gezien; een pulsar die door een gasring om een metgezel ster crasht. Deze metgezel is meerdere malen zwaarder dan onze eigen zon en roteert zo snel dat hij constant materiaal in een gasring uitspuwt. De pulsar gaat tweemaal door deze ring tijdens zijn 3,4-jarige elliptische baan
Astronomen zijn getuige geweest van een nooit eerder geziene gebeurtenis in waarnemingen van ESA's XMM-Newton-ruimtevaartuig - een botsing tussen een pulsar en een gasring rond een naburige ster.
De zeldzame doorgang, waarbij de pulsar in en door deze ring stortte, verlichtte de hemel in gamma- en röntgenstralen.
Het heeft een opmerkelijk nieuw inzicht onthuld in de oorsprong en inhoud van ‘pulsarwinden’, een lang bestaand mysterie. De wetenschappers beschreven de gebeurtenis als een natuurlijke maar 'opgeschaalde' versie van de bekende Deep Impact-satellietbotsing met komeet Tempel 1.
Hun uiteindelijke analyse is gebaseerd op een nieuwe waarneming van XMM-Newton en een veelvoud aan gearchiveerde gegevens die zullen leiden tot een beter begrip van wat de bekende ‘pulsar-nevels’ aanstuurt, zoals de kleurrijke krab- en Vela-pulsars.
"Ondanks talloze waarnemingen is de fysica van pulsaire winden een raadsel gebleven", zegt hoofdauteur Masha Chernyakova van het Integral Science Data Center, Versoix, Zwitserland.
“Hier hadden we de zeldzame kans om pulsarwind te zien botsen met stellaire wind. Het is analoog aan het openbreken van iets om te zien wat erin zit. "
Een pulsar is een snel draaiende kern van een ingestorte ster die ooit ongeveer 10 tot 25 keer zo zwaar was als onze zon. De dichte kern bevat ongeveer een zonnemassa verdicht in een bol van ongeveer 20 kilometer doorsnee.
De pulsar in deze waarneming, PSR B1259-63 genaamd, is een radiopulsar, wat betekent dat hij meestal alleen radiogolven uitzendt. Het binaire systeem ligt in de algemene richting van het Zuiderkruis op ongeveer 5000 lichtjaar afstand.
Pulsarwind bestaat uit materiaal dat van de pulsar is weggeslingerd. Er is voortdurend discussie over hoe energetisch de winden zijn en of deze winden bestaan uit protonen of elektronen. Wat het team van Chernyakova heeft gevonden, is verrassend, maar sluit goed aan bij andere recente waarnemingen.
Het team observeerde PSR B1259-63 in een baan om een ‘Be’ ster genaamd SS 2883, die helder en zichtbaar is voor amateurastronomen. ‘Be’ -sterren, zo genoemd vanwege bepaalde spectrale kenmerken, zijn doorgaans een paar keer zo zwaar als onze zon en draaien met verbazingwekkende snelheden.
Ze draaien zo snel dat hun equatoriale gebied uitpuilt en ze afgeplatte bollen worden. Gas wordt constant van zo'n ster afgeslingerd en nestelt zich in een equatoriale ring rond de ster, met een uiterlijk dat enigszins lijkt op de planeet Saturnus en zijn ringen.
De pulsar stort tweemaal in de ring van de Be-ster tijdens zijn 3,4-jarige elliptische baan; maar de stoten zijn slechts een paar maanden van elkaar verwijderd, net voor en na ‘periastron’, het punt waarop de twee objecten in een baan om de aarde het dichtst bij elkaar liggen. Tijdens de stoten worden röntgenstralen en gammastraling uitgezonden en XMM-Newton detecteert de röntgenstralen.
"Voor het grootste deel van de 3,4-jaars baan zijn beide bronnen relatief zwak in röntgenstralen en het is niet mogelijk om kenmerken in de pulsarwind te identificeren", zegt co-auteur Andrii Neronov. 'Naarmate de twee objecten dichter bij elkaar komen, beginnen vonken te vliegen.'
De nieuwe XMM-Newton-gegevens werden bijna gelijktijdig verzameld met een HESS-waarneming. HESS, het High Energy Stereoscopic System, is een nieuwe op de grond gebaseerde gammastraaltelescoop in Namibië.
Vorig jaar aangekondigd, was de HESS-waarneming een raadsel omdat de gammastraling-emissie tot een minimum daalde bij periastron en twee maxima had, net voor en na het periastron, het tegenovergestelde van wat wetenschappers verwachtten.
De XMM-Newton-waarneming ondersteunt de HESS-waarneming door te laten zien hoe de maxima werden gegenereerd door het dubbele storten in de ring van de Be-ster. Door deze twee waarnemingen te combineren met radio-waarnemingen van de laatste periastron-gebeurtenis, hebben de wetenschappers nu een compleet beeld van dit systeem.
Door de opkomst en ondergang van röntgenstralen en gammastralen dag na dag te volgen terwijl de pulsar door de schijf van de Be-ster groef, konden de wetenschappers concluderen dat de wind van elektronen met een energieniveau van 10-100 MeV verantwoordelijk is voor de waargenomen X- straal licht. (1 MeV vertegenwoordigt een miljoen elektronvolt.)
Hoewel 10-100 MeV energetisch is, is dit ongeveer 1000 keer minder dan het verwachte energieniveau van 100 TeV. Nog raadselachtiger is de multi-TeV gammastraling-emissie, die, hoewel zeker afkomstig van de 10-100 TeV-windelektronen, anders lijkt te worden geproduceerd dan eerder werd gedacht.
"Het enige dat op dit moment glashelder is, is dat dit het pulsarsysteem is om naar te kijken als we pulsarwinden willen begrijpen", zei Chernyakova.
'Nooit hebben we pulsarwind zo gedetailleerd gezien. We gaan nu door met theoretische modellen. We hebben een goede uitleg van het radio-naar-TeV-gammastraalgedrag van dit grappige systeem, maar het is nog 'in opbouw'. ”
Oorspronkelijke bron: ESA Portal
