NASA:s neutronstjärna Interior Composition Explorer (NICER) teleskop på den internationella rymdstationen upptäckte en plötslig topp av röntgenstrålar vid cirka 22:04. EDT den 20 augusti. Explosionen orsakades av en massiv termonukleär blixt på ytan av en pulsar, de krossade resterna av en stjärna som för länge sedan exploderade som en supernova.

Röntgenutbrottet, den ljusaste sett av NICER hittills, kom från ett objekt som heter SAX J1808.4-3658, eller J1808 för kort. Observationerna avslöjar många fenomen som aldrig har setts tillsammans i en enda skur. Dessutom, det avtagande eldklotet ljusnade kort igen av skäl som astronomer ännu inte kan förklara.

"Det här utbrottet var enastående, " sa ledande forskare Peter Bult, en astrofysiker vid NASA:s Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland, och University of Maryland, College Park. "Vi ser en tvåstegsförändring i ljusstyrkan, som vi tror orsakas av utstötningen av separata lager från pulsarytan, och andra funktioner som hjälper oss att avkoda fysiken i dessa kraftfulla händelser."

Explosionen, som astronomer klassificerar som en typ I röntgenskur, släppte ut lika mycket energi på 20 sekunder som solen gör på nästan 10 dagar. Detaljerna NICER fångade på det här rekordhöga utbrottet kommer att hjälpa astronomer att finjustera sin förståelse av de fysiska processerna som driver termonukleära uppblossningar av den och andra sprängande pulsarer.

En pulsar är en sorts neutronstjärna, den kompakta kärnan som lämnas kvar när en massiv stjärna får slut på bränsle, kollapsar av sin egen vikt, och exploderar. Pulsarer kan snurra snabbt och vara värd för röntgenstrålning vid sina magnetiska poler. När föremålet snurrar, det sveper de heta fläckarna över vår synlinje, producerar regelbundna pulser av högenergistrålning.

J1808 ligger cirka 11, 000 ljusår bort i stjärnbilden Skytten. Den snurrar med svindlande 401 varv varje sekund, och är en medlem av ett binärt system. Dess följeslagare är en brun dvärg, ett objekt som är större än en jätteplanet men ändå för litet för att vara en stjärna. En jämn ström av vätgas strömmar från följeslagaren mot neutronstjärnan, och den ackumuleras i en stor lagringsstruktur som kallas en ackretionsskiva.

Gas i ansamlingsskivor rör sig inte lätt inåt. Men med några års mellanrum, skivorna runt pulsarer som J1808 blir så täta att en stor del av gasen joniseras, eller avskalad dess elektroner. Detta gör det svårare för ljus att röra sig genom skivan. Den fångade energin startar en skenande process av uppvärmning och jonisering som fångar ännu mer energi. Gasen blir mer motståndskraftig mot flöde och börjar spiralera inåt, slutligen faller på pulsaren.

Väte som regnar på ytan bildar en het, ständigt fördjupande globalt "hav". Vid basen av detta lager, temperaturer och tryck ökar tills vätekärnor smälter samman och bildar heliumkärnor, som producerar energi - en process som arbetar i kärnan av vår sol.

"Heliumet lägger sig och bygger upp ett eget lager, " sa Goddards Zaven Arzoumanian, biträdande huvudutredare för NICER och en medförfattare till tidningen. "När heliumlagret är några meter djupt, förhållandena tillåter heliumkärnor att smälta samman till kol. Sedan bryter heliumet ut explosivt och släpper lös ett termonukleärt eldklot över hela pulsarytan."

Astronomer använder ett koncept som kallas Eddington-gränsen – uppkallad efter den engelske astrofysikern Sir Arthur Eddington – för att beskriva den maximala strålningsintensiteten en stjärna kan ha innan den strålningen får stjärnan att expandera. Denna punkt beror starkt på sammansättningen av materialet som ligger ovanför utsläppskällan.

"Vår studie utnyttjar detta mångåriga koncept på ett nytt sätt, " sa medförfattaren Deepto Chakrabarty, en professor i fysik vid Massachusetts Institute of Technology i Cambridge. "Vi ser tydligen Eddington-gränsen för två olika kompositioner i samma röntgenskur. Detta är ett mycket kraftfullt och direkt sätt att följa de kärnbränningsreaktioner som ligger bakom händelsen."

När explosionen började, BRA data visar att dess röntgenljusstyrka planade ut i nästan en sekund innan den ökade igen i en långsammare takt. Forskarna tolkar detta "stopp" som det ögonblick då explosionens energi byggdes upp tillräckligt för att blåsa ut pulsarens vätelager ut i rymden.

Eldklotet fortsatte att byggas i ytterligare två sekunder och nådde sedan sin topp, blåser bort det mer massiva heliumlagret. Heliumet expanderade snabbare, tog om väteskiktet innan det kunde skingras, och sedan saktade, stannade och slog sig tillbaka på pulsarens yta. Efter denna fas, pulsaren ljusnade kort igen med ungefär 20 procent av anledningar som teamet ännu inte förstår.

Under J1808s senaste aktivitetsomgång, NICER upptäckte en annan, mycket svagare röntgenskur som inte visade några av de viktigaste egenskaperna som observerades i händelsen den 20 augusti.

Förutom att detektera expansionen av olika lager, MYCKARE observationer av explosionen avslöjar röntgenstrålar som reflekteras från ackretionsskivan och registrerar flimmer av "burst-oscillationer" - röntgensignaler som stiger och faller med pulsarens snurrfrekvens men som inträffar på andra ytplatser än de hot spots som är ansvariga för sina normala röntgenpulser.

En artikel som beskriver resultaten har publicerats av The Astrofysiska tidskriftsbrev .