Deze afbeelding, gemaakt door ESA's XMM-Newton-observatorium, toont het hart van supernovarestant RCW103. Een nieuwe neutronenster draait normaal gesproken vrij snel, maar wordt dan vertraagd door het krachtige magnetische veld. Maar een magnetisch veld kon dat niet binnen 2000 jaar, zoals astronomen hebben opgemerkt.
Dankzij gegevens van ESA's XMM-Newton-satelliet heeft een team van wetenschappers die een object dat meer dan 25 jaar geleden is ontdekt, van dichterbij bekeken, ontdekt dat het als geen ander in ons sterrenstelsel bekend is.
Het object bevindt zich in het hart van supernova-overblijfsel RCW103, de gasvormige overblijfselen van een ster die ongeveer 2000 jaar geleden explodeerde. Op het eerste gezicht lijkt RCW103 en zijn centrale bron een schoolvoorbeeld van wat er achterblijft na een supernova-explosie: een bel van uitgestoten materiaal en een neutronenster.
Een diepe, continue observatie van 24,5 uur heeft echter iets veel complexer en intrigerends onthuld. Het team van het Istituto di Astrofisica Spaziale e Fisica Cosmica (IASF) van het Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF) in Milaan, Italië, heeft geconstateerd dat de emissie van de centrale bron varieert met een cyclus die zich elke 6,7 uur herhaalt. Dit is een verbazingwekkend lange periode, tienduizenden keren langer dan verwacht voor een jonge neutronenster. Ook verschillen de spectrale en temporele eigenschappen van het object van een eerdere XMM-Newton-waarneming van deze bron in 2001.
"Het gedrag dat we zien is vooral raadselachtig gezien zijn jonge leeftijd, minder dan 2000 jaar", zegt Andrea De Luca van IASF-INAF, de hoofdauteur. 'Het doet denken aan een miljarden jaar oude bron. Jarenlang hebben we het gevoel gehad dat het object anders is, maar tot nu toe wisten we niet hoe anders. ”
Het object heet 1E161348-5055, wat de wetenschappers handig de bijnaam 1E hebben gegeven (waarbij E staat voor Einstein Observatory die de bron ontdekte). Het is bijna perfect ingebed in het centrum van RCW 103, ongeveer 10.000 lichtjaar verwijderd in het sterrenbeeld Norma. De bijna perfecte uitlijning van 1E in het centrum van RCW 103 laat astronomen er vrij zeker van zijn dat de twee zijn geboren in dezelfde catastrofale gebeurtenis.
Wanneer een ster minstens acht keer zo zwaar is als onze zon zonder brandstof komt te branden, explodeert hij in een gebeurtenis die een supernova wordt genoemd. De stellaire kern implodeert en vormt een dichte klomp die een neutronenster wordt genoemd of, als er voldoende massa is, een zwart gat. Een neutronenster bevat ongeveer de massa van een zon die in een bol is gepropt, slechts ongeveer 20 kilometer breed.
Wetenschappers hebben jarenlang gezocht naar de periodiciteit van 1E om meer te weten te komen over de eigenschappen ervan, zoals hoe snel het draait of of het een metgezel heeft.
"Onze duidelijke detectie van zo'n lange periode samen met seculiere variabiliteit in röntgenstraling zorgt voor een heel rare bron", zegt Patrizia Caraveo van INAF, co-auteur en leider van de Milano Group. "Dergelijke eigenschappen in een 2000 jaar oud compact object laten ons achter met twee waarschijnlijke scenario's, in wezen een bron die wordt aangedreven door accretie of magnetische velden."
1E zou een geïsoleerde magnetar kunnen zijn, een exotische subklasse van sterk gemagnetiseerde neutronensterren. Hier werken de magnetische veldlijnen als remmen voor de draaiende ster, waardoor energie vrijkomt. Er zijn ongeveer een dozijn magnetars bekend. Maar magnetars draaien meestal meerdere keren per minuut. Als 1E maar eens in de 6,67 uur draait, zoals de periodedetectie aangeeft, zou het magnetische veld dat nodig is om de neutronenster in slechts 2000 jaar te vertragen te groot zijn om aannemelijk te zijn.
Een standaard magnetisch magnetisch veld zou echter de slag kunnen slaan als een puinschijf, gevormd door overgebleven materiaal van de geëxplodeerde ster, ook helpt de spin van de neutronenster te vertragen. Dit scenario is nog nooit eerder waargenomen en zou wijzen op een nieuw type evolutie van neutronensterren.
Als alternatief zou de lange periode van 6,67 uur de omlooptijd van een binair systeem kunnen zijn. Zo'n foto vereist dat een normale ster met een lage massa erin slaagde gebonden te blijven aan het compacte object dat werd gegenereerd door de supernova-explosie van 2000 jaar geleden. Waarnemingen laten een metgezel toe van de helft van de massa van onze zon, of zelfs kleiner.
Maar 1E zou een ongekend voorbeeld zijn van een binaire röntgensysteem met een lage massa in de kinderschoenen, een miljoen keer jonger dan standaard binaire röntgensystemen met lichtgenoten. Jonge leeftijd is niet de enige bijzonderheid van 1E. Het cyclische patroon van de bron is veel uitgesprokener dan dat van tientallen binaire röntgensystemen met een lage massa die een ongebruikelijk voedingsproces van neutronensterren vereisen.
Een dubbel accretieproces zou het gedrag kunnen verklaren: het compacte object vangt een fractie van de wind van de dwergster op (windaccretie), maar het kan ook gas uit de buitenste lagen van zijn metgezel trekken, dat zich nestelt in een accretieschijf (schijf aanwas). Zo'n ongebruikelijk mechanisme zou in een vroege fase van het leven van een binaire röntgenstraal met een lage massa aan het werk kunnen zijn, gedomineerd door de effecten van de initiële, verwachte, excentriciteit van de baan.
"RCW 103 is een raadsel", zegt Giovanni Bignami, directeur van CESR, Toulouse, en co-auteur. "We hebben simpelweg geen sluitend antwoord op de oorzaak van de lange röntgencycli. Als we dit uitzoeken, gaan we veel meer leren over supernovae, neutronensterren en hun evolutie. "
Als de ster in de noordelijke hemel was ontploft, had Cleopatra hem kunnen zien en beschouwd als een voorteken van haar ongelukkige einde, zei Caraveo. In plaats daarvan vond de explosie diep in de zuidelijke hemel plaats en niemand nam het op. Desalniettemin is de bron een goed voorteken voor röntgenastronomen die hopen te leren over de evolutie van sterren.
Oorspronkelijke bron: ESA News Release
