För första gången har astronomer mätt hastigheten hos snabbrörliga jetstrålar i rymden, avgörande för stjärnbildning och fördelningen av element som behövs för liv.
Materiens strålar, som drivs ut av stjärnor som anses vara 'kosmiska kannibaler', mättes färdas med över en tredjedel av ljusets hastighet – tack vare ett banbrytande nytt experiment publicerat i Nature idag.
Studien kastar nytt ljus över dessa våldsamma processer och använder sig på ett smart sätt av skenande kärnvapenexplosioner på stjärnors yta.
Medförfattare Jakob van den Eijnden, Warwick Prize Fellow vid Institutionen för fysik, University of Warwick, sa:"Explosionerna inträffade på neutronstjärnor, som är otroligt täta och ökända för den enorma gravitationskraften som får dem att svälja gas från sin omgivning —en gravitationskraft som bara överträffas av svarta hål.
"Materialet, mestadels väte från en närliggande stjärna som kretsar runt, virvlar mot den kollapsade stjärnan och faller som snö över dess yta. När mer och mer material regnar ner, komprimerar gravitationsfältet det tills en skenande kärnexplosion initieras. Denna explosion träffar strålarna som också skjuts ut från det infallande materialet och skjuter ut partiklar i rymden med mycket hög hastighet."
Teamet tog fram ett sätt att mäta jetstrålarnas hastighet och egenskaper genom att jämföra röntgen- och radiosignaler som fångas upp av Australia Telescope Compact Array (ägs och drivs av CSIRO, Australiens nationella vetenskapsbyrå) och Europeiska rymdorganisationens (ESA:s) Inbyggd satellit.
Medförfattare Thomas Russell, National Institute for Astrophysics, INAF, Palermo, Italien, sa:"Detta gav oss ett perfekt experiment. Vi hade en mycket kort kortlivad impuls av extra material som skjuts in i jetplanen och som vi kan spåra när den rör sig nedför jetplanet för att lära sig om dess hastighet."
Jakob van den Eijnden tillade, "Dessa explosioner inträffar varannan timme, men du kan inte förutsäga exakt när de kommer att inträffa. Så du måste stirra på teleskopobservationerna länge och hoppas att du fångar ett par skurar. Över tre dagars observationer såg vi 10 explosioner och jets lysa upp."
Strålarna färdades runt 114 000 kilometer per sekund, otroliga 35-40 % av ljusets hastighet.
Detta var första gången astronomer hade kunnat förutse och direkt se hur en viss mängd gas kanaliseras in i en jet och accelererade ut i rymden.
Medförfattare Nathalie Degenaar, University of Amsterdam, Nederländerna, fortsatte, "Baserat på tidigare data trodde vi att explosionen skulle förstöra platsen där jetplanet sköts upp. Men vi såg precis motsatsen:en stark ingång i jetplanet snarare än en störning."
Forskarna tror att massan och rotationen av neutronstjärnor och svarta hål också påverkar strålarna.
Efter att nu ha visat att denna forskning är möjlig, kommer denna studie att utgöra en plan för framtida experiment med neutronstjärnor och deras jetstrålar. Strålar kan också produceras av katastrofala händelser som supernovaexplosioner och gammastrålningskurar. De nya resultaten kommer att ha stor tillämpbarhet i många studier av kosmos.
Mer information: Thomas Russell, termonukleära explosioner på neutronstjärnor avslöjar hastigheten på deras jetstrålar, Nature (2024). DOI:10.1038/s41586-024-07133-5. www.nature.com/articles/s41586-024-07133-5
Journalinformation: Natur
Tillhandahålls av University of Warwick
