En ny mätning av en neutronstjärnas hastighet ökar kunskapen om hur dessa stjärnrester bildas. Mätningen har gjorts på bilder av en neutronstjärna i stjärnbilden Skölden, tagna 2009 och 2024 med rymdteleskopet Chandra. Astronomer i USA och Hong Kong tolkar neutronstjärnans höga fart som att den förmodas ha fått extra bogserhjälp när den bildades i en supernovaexplosion.
På höstens kvällshimmel kan vi se stjärnan Deneb i Svanen sjunka i väster, medan Rigel i Orion går upp i öster. Båda är superjättestjärnor, med massor på cirka tjugo gånger solens. Sådana bjässar strålar ut energi med en effekt på ungefär hundratusen gånger solens och de förbrukar sitt bränsle snabbt. En stjärna som solen kan lysa i miljarder år, medan en superjätte ”bara” lever i några miljoner år.
När en superjättestjärna utvunnit all energi den kan genom att slå samman lättare grundämnen till tyngre, har den till sist en innersta kärna av järn. När ingen mer energi kan utvinnas finns inget tryck som kan stå emot stjärnans tyngd, och det inre av stjärnan kollapsar på ungefär en sekund. Stjärnans yttre lager slungas iväg. En supernova har exploderat, och kan lysa som en hel galax i flera veckor.
Beroende på superjättestjärnans ursprungliga massa bildas antingen en neutronstjärna eller ett svart hål i den kollapsande stjärnans innersta. Mellan 10 och 25 solmassor ger en neutronstjärna, över 25 solmassor ett svart hål.
Neutronstjärna med bogserbåt
En superjättestjärna på väg att råka ut för kärnkollaps har en kärna med ungefär solens massa, men en diameter ungefär som jordens, där järn omges av bland annat kisel och kol. En flisa med ett riskorns storlek ur kärnan väger hundratals kilogram.
En knapp sekund senare har kollapsen krympt kärnans radie till något tiotal kilometer. Elektroner och protoner i den kollapsande kärnan har tryckts samman till neutroner. En neutronstjärna har bildats, som restprodukt i supernovan. Denna extremt kompakta stjärnrest kan ha en massa på ca 1,5 solmassor, men en diameter på bara 20 km.
Materialet som kastas ut i supernovan är inte jämnt fördelat i alla riktningar, vilket kan påverka den nybildade neutronstjärnan. De långsammaste och tyngsta klumparna av material i explosionen påverkar den unga neutronstjärnan med sin gravitationskraft, under de första sekunderna efter kärnkollapsen. De tyngsta klumparna som drar i den nybildade neutronstjärnan under dess första sekunder ger den extra hög fart, på flera hundra kilometer per sekund.
Mekanismen har därför fått smeknamnet ”gravitational tug-boat mechanism” (ungefär ”gravitationsbogserare”), efter förslag av fysikern Jeremiah Murphy i USA.
Röntgenbilder med femton års mellanrum
Om vi kan mäta farten hos neutronstjärnor som rör sig genom Vintergatan, bör vi kunna avgöra om gravitationsbogsering förekommer när neutronstjärnor bildas. Många neutronstjärnor som vi känner till ligger dock långt bort i vår galax, på flera tusen ljusårs avstånd. Det gör det svårt att mäta deras skenbara rörelse över himlavalvet, den så kallade egenrörelsen.
Med tålamod och avancerad teknik är det ibland möjligt att uppfatta en neutronstjärnas rörelse på himlen, och uppskatta den verkliga farten. Ett lag av astronomer i USA och Hong Kong, ledda av Tyler Holland-Ashford, har använt bilder tagna med rymdteleskopet Chandra för att mäta farten hos en neutronstjärna i stjärnbilden Skölden. Resultaten har publicerats i The Astrophysical Journal.
Holland-Ashford och kollegorna har studerat en neutronstjärna som ligger i supernovaresten G18.9-1.1. Namnet anger positionen på himlavalvet. En supernovarest är ett moln av gas som fortsätter att skingras i rymden, långt efter att supernovan small av. Inne i detta gasmoln ligger den neutronstjärna som bildades vid smällen, för uppskattningsvis mellan 5 000 och 10 000 år sedan.
Neutronstjärnan i G18.9-1.1 uppskattas ligga mellan 7 000 och 12 000 ljusår från oss. I Skölden ser vi mot Vintergatans centrala delar, där mycket stoft och gas skymmer sikten. Trots allt har neutronstjärnan gått att avbilda i röntgenstrålning med hjälp av Chandra-teleskopet. Bilder togs 2009, och på nytt 2024. Exponeringstiden var 12 timmar vid respektive tillfälle.
Stjärnpositioner från Gaia hjälper
En handfull stjärnor syns på Chandras bilder, och dessa har använts som referenspunkter för att kunna finna egenrörelsen hos neutronstjärnan. De precisa stjärnpositioner som mätts upp med hjälp av det europeiska rymdteleskopet Gaia har då varit avgörande. Holland-Ashfords forskarlag fann att neutronstjärnan rör sig över himlavalvet med makliga 0,025 bågsekunder per år. Det betyder att det tar 2 400 år för den att flytta sig en bågminut, som är den minsta vinkel ögat kan upplösa.
Denna sävliga egenrörelse, och det uppskattade avståndet till neutronstjärnan, motsvarar en faktisk fart på mellan 260 och 470 kilometer per sekund genom rymden. Radialhastigheten (farten utmed siktlinjen) har inte gått att mäta, men forskargruppen uppskattar neutronstjärnans totala fart till som mest mellan 300 och 600 kilometer per sekund. Hade neutronstjärnan kastats ut från en dubbelstjärna hade farten varit betydligt lägre, och den nya artikeln pekar på att gravitationsbogsering troligen gett neutronstjärnan dess höga fart.
Den typ av mätningar av neutronstjärnors fart som Holland-Ashford och hans grupp presenterar i sin nya artikel har bara gjorts för ett knappt tiotal neutronstjärnor. De samlade mätningarna pekar dock på att gravitationsbogsering kan spela en viktig roll under en neutronstjärnas spädaste barndom.
_(scutum-ann).jpg){kind=link}