Röntgenskurar är högenergiska utsläpp av strålning från neutronstjärnans ytor, utlöses av explosiv förbränning av material som samlats på ytan. Det är samma typ av bränning som sker i kärnorna av vanliga stjärnor som solen, men i det här fallet, händer på ytan. Således, till skillnad från solen, där det tar hundratusentals år för denna strålning att komma ut – och i en mycket svagare form – sker det nästan omedelbart i en röntgenskur. Det betyder att allt som omger neutronstjärnan kommer att sprängas av strålning.

En sak som vi säkert vet omger många neutronstjärnor är en ansamlingsskiva, en virvlande samling plasma som fångas i stjärnans gravitationsfält. Nya röntgeninstrument, såsom NICER-uppdraget ombord på den internationella rymdstationen, har gett astronomer verktygen att studera dessa röntgenskurar och deras effekter på deras miljö i detalj.

En anledning till att neutronstjärnor är så viktiga för astrofysiker är att de representerar materiens tätaste tillstånd i vårt universum. Att förstå hur materia beter sig under dessa förhållanden är ett viktigt steg för att låsa upp mysterierna med subatomär fysik och extrem gravitation. Förstå neutronstjärnor, fastän, kräver att vi förstår strålningen vi får från dem, och det betyder bidrag från själva neutronstjärnan och från den omgivande skivan.

Det är där ny forskning från College of Charlestons fysik- och astronomiprofessor Chris Fragile och hans studenter kommer in i bilden. Fragiles grupp utförde datorsimuleringar som studerade interaktionen mellan röntgenskurar och ackretionsskivor. Som Fragil beskriver, "I grund och botten, vi kan modellera i en dator, med någorlunda hög trohet, vad som händer i dessa system. Detta tillåter oss att göra något som ett traditionellt vetenskapligt experiment utan de inneboende farorna med att ha en neutronstjärna i vårt laboratorium."

Flera simuleringar av sådana burst-disk-interaktioner utfördes med hjälp av resurser på College of Charleston campus och genom en XSEDE (Extreme Science and Engineering Discovery Environment) tilldelning av superdatorer. Från dessa simuleringar avslöjades många anmärkningsvärda resultat, mest anmärkningsvärt, en betydande störning av de inre delarna av accretionskivan. Flera av effekterna som avslöjades i simuleringarna tycks stämma överens med observationsbevis för störda skivor som setts av röntgenteleskop under de senaste 15 åren.

"Jag var verkligen exalterad över att se dessa resultat, " säger Georgia Tech fysikprofessor David Ballantyne, en samarbetspartner i detta arbete. "Jag har studerat dessa system i över ett decennium, försöker förstå vad data säger oss om hur dessa diskar svarar på skurar. Detaljerna som avslöjas av dessa simuleringar öppnar ett helt nytt sätt att studera ackretionsskivornas fysik."

Att se att skivan störs av skuren och sedan studsar tillbaka när skuren bleknar ger en metod för att studera de interna processerna som gör att ackretionen fungerar.

"Jag gillar att säga att vi ger skivan en kick och ser vad som händer, " förklarar Ballantyne. "Att se hur snabbt en skiva reagerar på en så stark impuls gör att vi kan titta in i dess inre. Det liknar hur forskare använder jordbävningar för att lära sig om jordens inre."

Framtida arbete bör göra det möjligt för Ballantyne att urskilja vad de strålande signaturerna för dessa resultat skulle vara och göra förutsägelser för framtida observationer. På det här sättet, teamet hoppas kunna omvända vad som händer i verkliga neutronstjärnsystem och ackretionsskivor.

Resultaten av detta arbete publiceras den 6 januari, 2020, frågan om Natur astronomi . Författare inkluderar Fragile, Ballantyne och College of Charleston-studenten Aidan Blankenship.