Magneter er de bisarre supertætte rester af supernovaeksplosioner og de stærkeste magneter, der er kendt i universet.
Se fuld størrelse. Kunstnerindtryk af magneten i stjerne klyngen Westerlund 1.
Et team af europæiske astronomer, der bruger ESOs Very Large Telescope (VLT), mener nu, at de har fundet partnerstjernen i en magnetar for første gang. Denne opdagelse hjælper med at forklare, hvordan magnetarer dannes - et conundrum, der stammer tilbage 35 år - og hvorfor netop denne stjerne ikke kollapsede i et sort hul, som astronomer ville forvente.
Når en massiv stjerne kollapser under sin egen tyngdekraft under en supernovaeksplosion danner den enten en neutronstjerne eller sort hul. Magneter er en usædvanlig og meget eksotisk form for neutronstjerne. Som alle disse mærkelige genstande er de små og ekstraordinært tætte - en teskefuld neutronstjernemateriale ville have en masse på omkring en milliard ton - men de har også ekstremt kraftige magnetfelter. Magnetaroverflader frigiver enorme mængder gammastråler, når de gennemgår en pludselig justering kendt som et stjerneskælv som et resultat af de enorme belastninger i deres skorpe.
Westerlund 1-stjerneklyngen, der ligger 16 000 lysår væk i den sydlige konstellation Ara (alteret), er vært for en af de to dusin magnetar, der er kendt på Mælkevejen. Det kaldes CXOU J164710.2-455216 og det har stærkt forundret astronomer.
”I vores tidligere arbejde (eso1034) viste vi, at magneten i klyngen Westerlund 1 (eso0510) skal være født i en eksplosiv død af en stjerne omkring 40 gange så massiv som Solen. Men dette præsenterer sit eget problem, da stjerner, der er massiv, forventes at kollapse for at danne sorte huller efter deres død, ikke neutronstjerner. Vi forstod ikke, hvordan det kunne have været en magnetar, ”siger Simon Clark, hovedforfatter af papiret, der rapporterede disse resultater.
Astronomer foreslog en løsning på dette mysterium. De antydede, at magnetar dannet gennem interaktioner mellem to meget massive stjerner, der kredsede om hinanden i et binært system, så kompakt, at det ville passe inden for Jordens bane rundt om Solen. Men indtil videre blev der ikke opdaget nogen ledsagerstjerne på stedet for magnetar i Westerlund 1, så astronomer brugte VLT til at søge efter den i andre dele af klyngen.De jagede efter løbsk stjerner - genstande, der slipper for klyngen med høje hastigheder - der måske var blevet sparket ud af bane af supernova-eksplosionen, der dannede magnetar. En stjerne, kendt som Westerlund 1-5, viste sig at gøre netop det.
Se fuld størrelse. Udsigt over himlen rundt om stjerneklyngen Westerlund 1
”Ikke kun har denne stjerne den høje hastighed, der forventes, hvis den ryger tilbage fra en supernovaeksplosion, men kombinationen af dens lave masse, høje lysstyrke og kulstofrige sammensætning ser ud til at være umulig at replikere i en enkelt stjerne - en rygerpistol, der viser det skal have oprindeligt dannet sig med en binær ledsager, ”tilføjer Ben Ritchie (Open University), en medforfatter til det nye papir.
Denne opdagelse gjorde det muligt for astronomerne at rekonstruere den stjernernes livshistorie, der gjorde det muligt for magnetar at danne, i stedet for det forventede sorte hul. I den første fase af denne proces begynder parets mere massive stjerne at løbe tør for brændstof, og overføre dets ydre lag til dets mindre massive ledsager - som er bestemt til at blive magnetar - hvilket får det til at rotere mere og hurtigere. Denne hurtige rotation ser ud til at være den essentielle ingrediens i dannelsen af magnetarens ultra-stærke magnetfelt.
I den anden fase, som et resultat af denne masseoverførsel, bliver ledsageren selv så massiv, at den på sin side kaster en stor mængde af sin nyligt opnåede masse. Meget af denne masse går tabt, men nogle føres tilbage til den oprindelige stjerne, som vi stadig ser skinnende i dag som Westerlund 1-5.
Se fuld størrelse. Stjerneklyngen Westerlund 1 og positionen af magnetar og dens sandsynlige tidligere ledsagerstjerne.
”Det er denne proces med udskiftning af materiale, der har overført den unikke kemiske signatur til Westerlund 1-5 og ladet dens ledsageres masse skrumpe til lave niveauer til, at der blev født en magnet i stedet for et sort hul - et spil med stjernepass- pakken med kosmiske konsekvenser! ”afslutter teammedlem Francisco Najarro (Centro de Astrobiología, Spanien).
Det ser ud til, at det at være en del af en dobbeltstjerne derfor kan være en vigtig ingrediens i opskriften til dannelse af en magnetar. Den hurtige rotation, der er skabt ved masseoverførsel mellem de to stjerner, ser ud til at være nødvendig for at generere det ultra-stærke magnetfelt, og derefter tillader en anden masseoverførselsfase magnet-to-be at blive slanket tilstrækkeligt, så det ikke kollapser i et sort hul øjeblikket af dens død.
Noter
Den åbne klynge Westerlund 1 blev opdaget i 1961 fra Australien af den svenske astronom Bengt Westerlund, der senere flyttede derfra for at blive ESO-direktør i Chile (1970–74). Denne klynge ligger bag en enorm interstellær sky af gas og støv, der blokerer det meste af dets synlige lys. Dæmpningsfaktoren er mere end 100 000, og det er derfor, det har taget så lang tid at afsløre den sande natur af denne særlige klynge.
Westerlund 1 er et unikt, naturligt laboratorium til undersøgelse af ekstrem stjernefysik, der hjælper astronomer med at finde ud af, hvordan de mest massive stjerner i Mælkevejen lever og dør. Fra deres observationer konkluderer astronomerne, at denne ekstreme klynge sandsynligvis indeholder ikke mindre end 100 000 gange solens masse, og at alle dens stjerner er placeret i en region, der er mindre end 6 lysår på tværs. Westerlund 1 ser således ud til at være den mest massive, kompakte unge klynge, der endnu er identificeret i Mælkevejen.
Alle de hidtil analyserede stjerner i Westerlund 1 har masser mindst 30-40 gange solens. Fordi sådanne stjerner har et relativt kort liv - astronomisk set - skal Westerlund 1 være meget ung. Astronomerne bestemmer en alder et sted mellem 3,5 og 5 millioner år. Så Westerlund 1 er helt klart en nyfødt klynge i vores galakse.
Den fulde betegnelse for denne stjerne er Cl * Westerlund 1 W 5.
Når stjerner ældes, ændrer deres nukleare reaktioner deres kemiske sammensætning - elementer, der brænder reaktionerne, udtømmes, og reaktionernes produkter akkumuleres. Denne stjernekemiske finger er først rig på brint og nitrogen, men er fattig på kulstof, og det er først meget sent i stjernernes liv, at kulstof øges, hvorefter brint og nitrogen reduceres kraftigt - det menes at være umuligt for enkeltstjerner at være samtidig rig på brint, nitrogen og kulstof, som Westerlund 1-5 er.