Infraröd bild av en neutronstjärna (källa till höger i rutan) med en utökad infraröd emission erhållen från observationer med rymdteleskopet Hubble. Den blå cirkeln indikerar pulsarens röntgenposition (erhållen med Chandra X-ray Space Telescope), krysset markerar pulsarens position i UV-optiken (mätt med Hubble Space Telescope). Kredit:Bettina Posselt, Penn State
En ovanlig infraröd emission som upptäckts av rymdteleskopet Hubble från en närliggande neutronstjärna kan tyda på att pulsaren har egenskaper som aldrig tidigare setts. Observationen, av ett team av forskare vid Penn State, Sabanci University i Turkiet, och University of Arizona, skulle kunna hjälpa astronomer att bättre förstå utvecklingen av neutronstjärnor – de otroligt täta resterna av massiva stjärnor efter en supernova. En artikel som beskriver forskningen och två möjliga förklaringar till det ovanliga fyndet visas den 17 september, 2018 i Astrofysisk tidskrift .
"Den här speciella neutronstjärnan tillhör en grupp av sju närliggande röntgenpulsarer - med smeknamnet 'the Magnificent Seven' - som är hetare än de borde vara med tanke på deras åldrar och tillgängliga energireservoar som tillhandahålls av förlusten av rotationsenergi, sa Bettina Posselt, forskarprofessor i astronomi och astrofysik vid Penn State och huvudförfattaren till artikeln. "Vi observerade ett utökat område av infraröda emissioner runt denna neutronstjärna – kallad RX J0806.4-4123 – vars totala storlek översätts till cirka 200 astronomiska enheter (eller 2,5 gånger Plutos omloppsbana runt solen) på det antagna avståndet av pulsaren."
Detta är den första neutronstjärnan där en utökad emission endast har setts i infrarött. Forskarna föreslår två möjligheter som kan förklara det utökade infraröda utsläppet som Hubble Space Telescope sett. Den första är att det finns en skiva av material - möjligen mestadels damm - som omger pulsaren.
"En teori är att det kan finnas vad som kallas en "återgångsskiva" av material som smälte samman runt neutronstjärnan efter supernovan, " sade Posselt. "En sådan skiva skulle vara sammansatt av materia från stamfaderns massiva stjärna. Dess efterföljande interaktion med neutronstjärnan kunde ha värmt upp pulsaren och bromsat dess rotation. Om det bekräftas som en supernova reservskiva, detta resultat kan förändra vår allmänna förståelse av neutronstjärnans evolution."
Neutronstjärna med en cirkumpulsarskiva. Om den ses i rätt vinkel kan den spridda emissionen från den inre delen av skivan producera den utökade infraröda emissionen som observerats av astronomer runt neutronstjärnan RX J0806.4-4123. Kredit:Nahks Tr'Ehnl, Penn State
Den andra möjliga förklaringen till den utökade infraröda emissionen från denna neutronstjärna är en "pulsarvindnebulosa".
"En pulsarvindnebulosa skulle kräva att neutronstjärnan uppvisar en pulsarvind, ", sa Posselt. "En pulsarvind kan produceras när partiklar accelereras i det elektriska fältet som produceras av den snabba rotationen av en neutronstjärna med ett starkt magnetfält. När neutronstjärnan färdas genom det interstellära mediet med högre hastighet än ljudets hastighet, en stöt kan bildas där det interstellära mediet och pulsarvinden samverkar. De chockade partiklarna skulle då utstråla synkrotronemission, orsakar den utökade infraröda emissionen som vi ser. Vanligtvis, Pulsarvindnebulosor ses i röntgenstrålar och en pulsarvindnebulosa som bara är infraröd skulle vara mycket ovanlig och spännande."
Neutronstjärna med en pulsarvindnebulosa som produceras av samverkan mellan pulsarvinden och det mötande interstellära mediet. En pulsarvindnebulosa kan förklara det utökade infraröda utsläppet som observerats av astronomer kring neutronstjärnan RX J0806.4-4123. En sådan enbart infraröd pulsarvindnebulosa är ovanlig eftersom den innebär en ganska låg energi hos de accelererade partiklarna. Kredit:Nahks Tr'Ehnl, Penn State
Även om neutronstjärnor i allmänhet studeras i radio och högenergiutsläpp, som röntgen, denna studie visar att ny och intressant information om neutronstjärnor också kan erhållas genom att studera dem i infrarött. Med hjälp av det nya NASA James Webb rymdteleskopet, kommer att lanseras 2021, astronomer kommer att kunna utforska detta nyöppnade upptäcktsutrymme ytterligare i infrarött för att bättre förstå neutronstjärnans evolution.
