Ett team av astronomer har utfört en av de högsta upplösningsobservationerna i astronomisk historia genom att observera två intensiva strålningsområden, 20 kilometer från varandra, runt en stjärna 6500 ljusår bort.

Observationen motsvarar att använda ett teleskop på jorden för att se en loppa på Plutos yta.

Den extraordinära observationen möjliggjordes av den sällsynta geometrin och egenskaperna hos ett par stjärnor som kretsade runt varandra. Den ena är cool, lättviktsstjärna som kallas brun dvärg, som har en "vak" eller kometliknande gassvans. Den andra är en exotisk, snabbt snurrande stjärna som kallas en pulsar.

"Gasen fungerar som ett förstoringsglas precis framför pulsaren, säger Robert Main, huvudförfattare till artikeln som beskriver observationen som publiceras den 24 maj i tidskriften Natur . "Vi tittar i huvudsak på pulsaren genom en naturligt förekommande förstoringsglas som med jämna mellanrum låter oss se de två regionerna separat."

Main är en Ph.D. astronomistudent vid institutionen för astronomi och astrofysik vid University of Toronto, arbetar med kollegor vid University of Torontos Dunlap Institute for Astronomy &Astrophysics och Canadian Institute for Theoretical Astrophysics, och Perimeterinstitutet.

Pulsaren är en neutronstjärna som roterar snabbt – över 600 gånger i sekunden. När pulsaren snurrar, den sänder ut strålar av strålning från de två hotspots på sin yta. De intensiva områden av strålning som observeras är associerade med strålarna.

Den bruna dvärgstjärnan är ungefär en tredjedel av solens diameter. Den är ungefär två miljoner kilometer från pulsaren – eller fem gånger avståndet mellan jorden och månen – och kretsar runt den på drygt 9 timmar. Dvärgkompanjonsstjärnan är tidvattenlåst till pulsaren så att ena sidan alltid är vänd mot dess pulserande följeslagare, sättet som månen är tidvattenlåst till jorden.

Eftersom det är så nära pulsaren, den bruna dvärgstjärnan sprängs av den starka strålningen som kommer från dess mindre följeslagare. Den intensiva strålningen från pulsaren värmer upp ena sidan av den relativt svala dvärgstjärnan till vår sols temperatur, eller ungefär 6000°C.

Explosionen från pulsaren kan i slutändan betyda att dess följeslagare dör. Pulsarer i dessa typer av binära system kallas "black widow"-pulsarer. Precis som en svart änkaspindel äter sin partner, man tror att pulsaren, med rätt förutsättningar, kan gradvis erodera gas från dvärgstjärnan tills den senare är förbrukad.

Förutom att vara en observation med otroligt hög upplösning, resultatet kan vara en ledtråd till naturen hos mystiska fenomen som kallas Fast Radio Bursts, eller FRB.

"Många observerade egenskaper hos FRB kan förklaras om de förstärks av plasmalinser, " säger Main. "Egenskaperna hos de förstärkta pulserna vi upptäckte i vår studie visar en anmärkningsvärd likhet med skurarna från den upprepande FRB, vilket tyder på att den upprepande FRB kan linsas av plasma i sin värdgalax."

Pulsaren betecknas PSR B1957+20. Tidigare arbete ledd av Mains medförfattare, Prof. Marten van Kerkwijk, från University of Toronto, antyder att det troligen är en av de mest massiva pulsarerna som är kända, och ytterligare arbete för att noggrant mäta dess massa kommer att hjälpa till att förstå hur materia beter sig vid de högsta kända densiteterna, och motsvarande, hur massiv en neutronstjärna kan vara innan den kollapsar in i ett svart hål.

Main och hans medförfattare använde data som erhållits med Arecibo Observatorys radioteleskop innan orkanen Maria skadade teleskopet i september 2017. Samarbetspartnerna kommer att använda teleskopet för att göra uppföljande observationer av PSR B1957+20.