Neutronstjärnor kanske inte är lika viktiga som deras mer massiva svarta håls kusiner, men de kan vara lika mäktiga när det gäller att skapa fantastiska röntgenfyrverkerier.

Sedan 1980 -talet har astronomer har studerat källor till intensiva röntgenstrålar som bryter ut från de yttre områdena i andra galaxer. De kallas ultraluminösa röntgenkällor, eller ULX, och de producerar mer energi än en miljon solar. Vanligtvis, astronomer skulle observera sådana kraftfulla utsläpp i kärnorna i aktiva galaxer, där matning av supermassiva svarta hål lurar, men ULX:er är långt ifrån de här böckerna. Tanken var att de genererades av mindre svarta hål med stjärnmassa-av några tiotals solmassor-som matar på gaserna från olyckliga stjärnor.

Men ett förvirrande mönster började dyka upp 2014 när NASA:s Nuclear Spectroscopic Telescope Array (NuSTAR) uppdrag och andra rymdteleskop började studera dessa gåtor. Det visar sig att ULX kanske inte drivs av svarta hål alls; snarare, neutronstjärnor verkar vara den skyldige.

"Det var en stor överraskning, "säger Fiona Harrison, huvudutredare för NuSTAR -uppdraget och professor i fysik vid Caltech, i Pasadena, Kalifornien. "Först trodde folk att det var något fel med observationen."

Långt ifrån att ha fel, i en ny studie medförfattare av Harrison och publicerad i tidskriften Nature Astronomy, en neutronstjärna har bekräftats vara motorn bakom en ULX i den berömda Whirlpool -galaxen, även känd som M51. Galaxen ligger 28 miljoner ljusår från jorden. Det är fjärde gången som astronomer identifierar en ULX som drivs av en neutronstjärna.

När jag studerade arkivdata från NASA:s Chandra röntgenobservatorium, forskarna märkte ett mystiskt dopp i ULX -ljusspektrumet. När de undersökte, de drog slutsatsen att det måste ha orsakats av cyklotronresonansspridning, ett fenomen som uppstår i mycket magnetiska miljöer och orsakas av laddade partiklar, såsom elektroner och protoner, spiral runt magnetfältet.

Här är kickern:Svarta hål har inga magnetfält, medan neutronstjärnor är kända för att vara magnetiska kraftverk, så det faktum att spektrumet för denna ULX har fingeravtrycket av cyklotronresonansspridning är en stor ledtråd att ett svart hål inte driver det, men en neutronstjärna är .

Ravenous Neutron Stars

Neutronstjärnor är supertäta stjärnrester som lämnas kvar efter att en stjärna tar slut på bränsle och exploderar som en supernova. Består av degenererad materia, bara en tesked neutronstjärngrejer skulle väga lika mycket som ett berg. Dessa föremål är extremt magnetiska; hela magnetfältet på stjärnan den kom ifrån krympt till ett objekt som är lika stort som en stad. Men för att en neutronstjärna ska generera en ULX, det måste vara något väldigt speciellt på gång.

Skulle en neutronstjärna vara en del av ett binärt system, där två stjärnor kretsar om varandra, det kan börja dra i de heta gaserna hos sin binära partner, dra den till en ackresionsskiva. När gasen faller mot neutronstjärnan, det kommer att värma upp, genererar kraftfull röntgenstrålning. Men det finns en gräns för hur mycket röntgenenergi en neutronstjärna kan generera.

"På samma sätt som vi bara kan äta så mycket mat åt gången, det finns gränser för hur snabbt neutronstjärnor kan ackumulera materia, "sa Murray Brightman, en postdoktor vid Caltech och studiens huvudförfattare, i ett påstående.

När saken faller in, fler röntgenstrålar genereras, men det här är inte hållbart. Vid en viss tidpunkt-något som kallas Eddington Limit-kommer röntgenstrålningen att bli så kraftfull att den fysiskt kommer att driva bort mer gas från att falla in i neutronstjärnans ackresionsskiva. Det är en naturlig avstängning. När röntgenenergin når denna gräns, gastillförseln är kvävd, och röntgenutsläppen är begränsade.

"Men ULX bryter på något sätt denna gräns för att avge så otroligt ljusa röntgenstrålar, och vi vet inte varför, "Tillade Brightman.

Forskarna har en aning, dock, att neutronstjärnans magnetiska personlighet kan vara nyckeln. De tror att de dips som orsakas av cyklotronresonansspridning i röntgenspektra-som det i M51:s ULX-kan hjälpa oss att förstå vad som händer.

Om cyklotronresonansspridningen är orsakad av protoner interagerar med neutronstjärnans magnetfält, detta skulle avslöja att magnetismen kring neutronstjärnan är extrem. Extrem magnetism kan minska trycket på ULX-röntgenstrålarna, så att mer gas faller in i neutronstjärnan, turbohöjande röntgenutsläpp. Om resonansen är orsakas av elektroner , dock, som skulle föreslå ett svagare magnetfält, en som inte kan förklara ULX -energin.

Mer arbete krävs innan vi med säkerhet vet om extrema magnetfält som omger neutronstjärnor är det som gör att de kan slå över sin vikt.

"Om [ULXs] är magnetarer gör det det lättare för dem att se så ljusa ut, "Säger Harrison.

Det är möjligt att ULX drivs av magnetarer, den mest magnetiska familjen av neutronstjärnor, så ULX i Whirlpool -galaxen kan drivas av den mest exotiska typen av neutronstjärna.