Lomonosov Moscow State University forskare publicerade resultaten av en studie av unik ultralångsam pulsar XB091D. Denna neutronstjärna tros ha fångat en följeslagare för bara en miljon år sedan, och sedan dess, har långsamt återställt sin snabba rotation. Den unga pulsaren finns i en av de äldsta klotformade stjärnhoparna i Andromedagalaxen, där klustret en gång kan ha varit en dvärggalax.

Massiva unga stjärnor dör, exploderar som ljusa supernovor. I denna process, de kastar av sig yttre lager av material, och kärnan krymper, brukar bli en kompakt och supertät neutronstjärna. Starkt magnetiserad, dessa roterar snabbt, gör hundratals varv per sekund, men de förlorar så småningom sin rotationsenergi och saktar ner, avger smala strålar av partiklar. De utstrålar en fokuserad radioemission som regelbundet passerar jorden, skapa effekten av en regelbundet pulserande källa, ofta med en millisekundsperiod.

För att återställa dess ungdom och påskynda dess rotation, pulsaren kan para sig med en vanlig stjärna. Efter att ha slagit sig samman för att bilda ett binärt system, neutronstjärnan börjar dra materia från stjärnan, bildar en het ansamlingsskiva runt sig själv. Närmare neutronstjärnan, gasskivan slits isär av neutronstjärnans magnetfält, och saken strömmar in på det, bildar en "hot spot" - temperaturen här når miljontals grader, och fläcken strålar i röntgenspektrumet. En roterande neutronstjärna kan då ses som en röntgenpulsar, medan materia som fortsätter att falla in i den accelererar rotationen.

För cirka 100, 000 år – bara en blinkning i universums historia – den gamla pulsaren, som redan har avtagit till ett varv med några sekunders mellanrum, kan återigen snurra tusentals gånger snabbare. En sådan sällsynt händelse observerades av ett team av astrofysiker från Lomonosov Moscow State University, tillsammans med kollegor från Italien och Frankrike. Röntgenpulsaren känd som XB091D upptäcktes i de tidigaste stadierna av sin "föryngring, " och visar sig vara den långsammaste roterande av alla klotklusterpulsarer som är kända hittills. Neutronstjärnan fullbordar ett varv på 1,2 sekunder – mer än 10 gånger långsammare än den tidigare rekordhållaren. Enligt forskare, pulsarens acceleration började för mindre än 1 miljon år sedan.

Upptäckten gjordes med hjälp av observationer som samlats in av XMM-Newtons rymdobservatorium mellan 2000 och 2013, som kombinerades av astronomer från Lomonosov Moscow State University till en öppen onlinedatabas. Tillgång till information om cirka 50 miljarder röntgenfotoner har redan gjort det möjligt för forskare från olika länder att upptäcka ett antal tidigare obemärkta föremål. Bland dem var pulsaren XB091D, som också uppmärksammades av en annan grupp italienska astronomer, som publicerade sina resultat för flera månader sedan. XB091D är bara den andra pulsaren som finns utanför vår galax och dess närmaste satelliter, även om ytterligare två sådana pulsarer senare upptäcktes med samma onlinekatalog.

Resultaten av den första fullständiga analysen av röntgenkällan XB091D presenteras i en artikel publicerad av Ivan Zolotukhin, en forskare vid Lomonosov Moscow State University, och hans medförfattare i The Astrophysical Journal .

"Detektorerna på XMM-Newton detekterar endast en foton från denna pulsar var femte sekund. Därför, sökandet efter pulsarer bland de omfattande XMM-Newton-data kan jämföras med sökandet efter en nål i en höstack, " säger Ivan Zolotukhin. "Faktiskt, för denna upptäckt var vi tvungna att skapa helt nya matematiska verktyg som gjorde det möjligt för oss att söka och extrahera den periodiska signalen. Teoretiskt sett, det finns många tillämpningar för denna metod, inklusive de utanför astronomi."

Baserat på totalt 38 XMM-Newton-observationer, astronomer lyckades karakterisera XB091D-systemet. Röntgenpulsaren är cirka 1 miljon år gammal, neutronstjärnans följeslagare är en gammal stjärna av måttlig storlek (cirka fyra femtedelar av solens massa). Det binära systemet i sig har en rotationsperiod på 30,5 timmar, och neutronstjärnan snurrar en gång på sin axel var 1,2:e sekund. Om cirka 50, 000 år, den kommer att accelerera tillräckligt för att förvandlas till en konventionell millisekundspulsar.

Astronomer kunde också bestämma miljön kring XB091D. Ivan Zolotukhin och hans kollegor visade att XB091D ligger i den närliggande Andromedagalaxen, 2,5 miljoner ljusår bort, bland stjärnorna i den extremt täta klothopen B091D, var, i en volym av endast 90 ljusår tvärs över, det finns många miljoner gamla, svaga stjärnor. Själva klustret beräknas vara så mycket som 12 miljarder år gammalt, så inga nya supernovor som resulterade i födelsen av en pulsar skulle ha inträffat.

"I vår galax, inga sådana långsamma röntgenpulsarer observeras i 150 kända klothopar, eftersom deras kärnor inte är tillräckligt stora och täta för att bilda nära dubbelstjärnor med en tillräckligt hög hastighet, " förklarar Ivan Zolotukhin. "Detta indikerar att B091D-klusterkärnan, med en extremt tät sammansättning av stjärnor i XB091D, är mycket större än den för det vanliga klustret. Så vi har att göra med ett stort och ganska sällsynt föremål — med en tät rest av en liten galax som Andromedagalaxen en gång slukade. Stjärnornas täthet här, i en region som är cirka 2,5 ljusår i diameter, är cirka 10 miljoner gånger högre än i närheten av solen."

Enligt forskare, det är det stora området av stjärnor med superhög densitet i B091D-klustret som gjorde det möjligt för en neutronstjärna att fånga en följeslagare för cirka 1 miljon år sedan och påbörja processen med acceleration och "föryngring".