Två team av astronomer har gjort ett övertygande fall i det 33 år gamla mysteriet kring Supernova 1987A. Baserat på observationer av Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) och en teoretisk uppföljningsstudie, forskarna ger ny insikt för argumentet att en neutronstjärna gömmer sig djupt inne i resterna av den exploderade stjärnan. Detta skulle vara den yngsta neutronstjärnan hittills känt.

Ända sedan astronomer bevittnade en av de ljusaste explosionerna av en stjärna på natthimlen, skapa Supernova 1987A (SN 1987A), de har letat efter ett kompakt föremål som ska ha bildats i resterna från sprängningen.

Eftersom partiklar kända som neutriner upptäcktes på jorden på dagen för explosionen (23 februari 1987), astronomer förväntade sig att en neutronstjärna hade bildats i stjärnans kollapsade mitt. Men när forskare inte kunde hitta några bevis för den stjärnan, de började undra om det senare kollapsade till ett svart hål istället. I decennier har det vetenskapliga samfundet ivrigt väntat på en signal från detta föremål som har gömt sig bakom ett mycket tjockt moln av damm.

"Klumpen"

Nyligen, observationer från radioteleskopet ALMA gav den första indikationen på den saknade neutronstjärnan efter explosionen. Extremt högupplösta bilder avslöjade en het "klump" i den dammiga kärnan av SN 1987A, som är ljusare än omgivningen och matchar den misstänkta platsen för neutronstjärnan.

"Vi blev mycket förvånade över att se denna varma klump gjord av ett tjockt moln av damm i supernovaresterna, " sa Mikako Matsuura från Cardiff University och en medlem av teamet som hittade klumpen med ALMA. "Det måste finnas något i molnet som har hettat upp dammet och som får det att lysa. Det var därför vi föreslog att det finns en neutronstjärna som gömmer sig inuti dammmolnet."

Även om Matsuura och hennes team var entusiastiska över detta resultat, de undrade över blubbens ljusstyrka. "Vi trodde att neutronstjärnan kanske var för ljus för att existera, men sedan publicerade Dany Page och hans team en studie som visade att neutronstjärnan verkligen kan vara så ljus eftersom den är så väldigt ung, sa Matsuura.

Dany Page är en astrofysiker vid National Autonomous University of Mexico, som har studerat SN 1987A från starten. "Jag var halvvägs genom min doktorsexamen när supernovan hände, " han sa, "det var en av de största händelserna i mitt liv som fick mig att ändra kursen i min karriär för att försöka lösa detta mysterium. Det var som en modern helig gral."

Den teoretiska studien av Page och hans team, publiceras idag i The Astrophysical Journal , stöder starkt förslaget från ALMA-teamet att en neutronstjärna driver dammblobben. "Trots den högsta komplexiteten hos en supernovaexplosion och de extrema förhållanden som råder i det inre av en neutronstjärna, upptäckten av en varm dammklump är en bekräftelse på flera förutsägelser, " Förklarade sidan.

Dessa förutsägelser var platsen och temperaturen för neutronstjärnan. Enligt supernova datormodeller, explosionen har "sparkat bort" neutronstjärnan från sin födelseplats med en hastighet på hundratals kilometer per sekund (tiotals gånger snabbare än den snabbaste raketen). Blobben är exakt på den plats där astronomer tror att neutronstjärnan skulle vara idag. Och neutronstjärnans temperatur, som förutspåddes vara runt 5 miljoner grader Celsius, ger tillräckligt med energi för att förklara blubbens ljusstyrka.

Inte en pulsar eller ett svart hål

Tvärtemot vanliga förväntningar, neutronstjärnan är sannolikt inte en pulsar. "En pulsars kraft beror på hur snabbt den snurrar och på dess magnetiska fältstyrka, som båda skulle behöva ha mycket finjusterade värden för att matcha observationerna, sa Page, "medan den termiska energin som emitteras av den heta ytan på den unga neutronstjärnan naturligt stämmer överens med data."

"Neutronstjärnan beter sig precis som vi förväntade oss, " tillade James Lattimer från Stony Brook University i New York, och en medlem av Pages forskargrupp. Lattimer har också följt SN 1987A på nära håll, ha publicerat före SN 1987A förutsägelser om en supernovas neutrinosignal som därefter matchade observationerna. "Dessa neutrinos antydde att ett svart hål aldrig bildades, och dessutom verkar det svårt för ett svart hål att förklara den observerade ljusstyrkan hos klumpen. Vi jämförde alla möjligheter och drog slutsatsen att en het neutronstjärna är den mest troliga förklaringen."

Denna neutronstjärna är 25 km bred, extremt het boll av ultratät materia. En tesked av dess material skulle väga mer än alla byggnader i New York City tillsammans. Eftersom den bara kan vara 33 år gammal, det skulle vara den yngsta neutronstjärnan som någonsin hittats. Den näst yngsta neutronstjärnan som vi känner till finns i supernovaresten Cassiopeia A och är 330 år gammal.

Endast en direkt bild av neutronstjärnan skulle ge säkra bevis på att den existerar, men för det kan astronomerna behöva vänta ytterligare några decennier tills dammet och gasen i supernovaresterna blir mer genomskinliga.

Detaljerade ALMA-bilder

Även om många teleskop har gjort bilder av SN 1987A, ingen av dem har kunnat observera dess kärna med så hög precision som ALMA. Tidigare (3-D) observationer med ALMA visade redan vilka typer av molekyler som finns i supernovaresterna och bekräftade att den producerade enorma mängder damm.

"Denna upptäckt bygger på år av ALMA-observationer, visar supernovans kärna mer och mer i detalj tack vare de ständiga förbättringarna av teleskopet och databehandlingen, " sa Remy Indebetouw från National Radio Astronomy Observatory och University of Virginia, som har varit en del av ALMAs bildbehandlingsteam.