Pulsaarit ovat massiivisten tähtien nopeasti pyörivät ruumiit. Yksi sellainen mysteeri: miksi pulsaareilla on miljoonan asteen pisteitä napojensa ympärillä? ESA: n XMM-Newton X-Ray-observatorion uudet tiedot ovat asettaneet kyseenalaiseksi teorian, että varautuneet hiukkaset törmäävät pulsarin pintaan sen napojen kohdalla. XMM-Newton ei nähnyt röntgensäteilyä useissa vanhoissa pulsereissa, joiden olisi pitänyt olla erittäin kirkkaita, jos hiukkaset jatkuvasti törmäsivät.
ESA: n XMM-Newton-röntgen-observatorion superherkkyys on osoittanut, että vallitseva teoria siitä, kuinka pulsaareina tunnetut tähtirungot tuottavat röntgensäteensä, on tarkistettava. Erityisesti energiaa, joka tarvitaan miljoonan asteen polaaristen pisteiden tuottamiseen jäähtyneillä neutronitähteillä, voi tulla pääosin pulssarin sisäpuolelta, ei ulkopuolelta.
Kolmekymmentäyhdeksän vuotta sitten Cambridgen tähtitieteilijät Jocelyn Bell-Burnell ja Anthony Hewish löysivät pulssarit. Nämä taivaalliset esineet ovat voimakkaasti magnetoituneita kuolleiden tähtien pyörivää ydintä, joista jokainen on vain 20 kilometrin poikki, mutta sisältää noin 1,4-kertaisen auringon massan. Jo tänäänkin, he hämmentävät tähtitieteilijöitä ympäri maailmaa.
"Teoria siitä, kuinka pulsaattorit säteilevät säteilyään, on vielä alkuvaiheessa, jopa melkein 40 vuoden työn jälkeen", sanoo Werner Becker, Max-Planck Institut, extraterrestrische Physik, Garching, Saksa. Malleja on monia, mutta ei hyväksyttyä teoriaa. Nyt uusien XMM-Newton-havaintojen ansiosta Becker ja hänen kollegansa ovat löytäneet tärkeän palapelin, joka auttaa teoreetikkoja selittämään, miksi jäähtyneillä neutronitähteillä on tukipisteet napa-alueillaan.
Neutronitähdet muodostuvat yli miljardin (1012 K) asteen lämpötiloissa massiivisten tähtien romahtamisen aikana. Heti syntymän jälkeen he alkavat jäähtyä. Kuinka ne jäähtyvät, täytyy riippua niiden sisällä olevan ylimääräisen aineen fysikaalisista ominaisuuksista.
Havainnot aikaisempien röntgensatelliittien kanssa ovat osoittaneet, että jäähtyvien neutronitähtien röntgenkuvat tulevat pulsarin kolmelta alueelta. Ensinnäkin, koko pinta on niin kuuma, että se säteilee röntgensäteitä. Toiseksi pulsarin magneettisessa ympäristössä on varautuneita hiukkasia, jotka myös säteilevät röntgensäteitä liikkuessaan ulospäin magneettikenttäviivojen varrella. Kolmanneksi ja ratkaisevan tärkeätä tämän viimeisimmän tutkimuksen kannalta, nuoremmat pulsaattorit näyttävät röntgenkuormituksia napoillaan.
Tähän asti tähtitieteilijät uskoivat, että kuumia pisteitä syntyy, kun varautuneet hiukkaset törmäävät pulsarin pintaan napojen kohdalla. Viimeisimmät XMM-Newton-tulokset ovat kuitenkin asettaneet kyseenalaiseksi tämän näkemyksen.
XMM-Newton otti yksityiskohtaisen kuvan röntgensäteilystä viidestä pulsaattorista, joista kukin oli jopa useita miljoonia vuosia vanhoja. ”Kukaan muu röntgensatelliitti ei voi tehdä tätä työtä. Vain XMM-Newton pystyy tarkkailemaan yksityiskohtia heidän röntgensäteilystään ”, Becker sanoo. Hän ja hänen yhteistyökumppaninsa eivät löytäneet todisteita pinnan päästöistä eikä polaarisista hotspot-pisteistä, vaikka he näkivätkin päästöjen ulkoisesti liikkuvista hiukkasista.
Pinnan päästöjen puute ei ole yllättävää. Syntymästään lähtien useiden miljoonien vuosien aikana nämä pulssarit ovat jäähtyneet miljardeista asteista paljon vähemmän kuin 500 000 celsiusasteeseen, mikä tarkoittaa, että niiden pinta-alainen röntgensäte on heikentynyt näkymästä.
Polaaristen hotspot-pisteiden puuttuminen vanhoissa pulsareissa on kuitenkin suuri yllätys ja osoittaa, että polaaristen pinta-alueiden lämmitys hiukkaspommituksella ei ole tarpeeksi tehokasta tuottamaan merkittävää lämpösröntgenkomponenttia. "Kolmen miljoonan vuoden ikäisen pulsar PSR B1929 + 10: n tapauksessa minkä tahansa lämmitetyn napa-alueen osuus on vähemmän kuin seitsemän prosenttia havaitusta kokonaisröntgenvuodosta", Becker sanoo.
Näyttää siltä, että tavanomainen näkymä ei ole ainoa tapa tarkastella ongelmaa. Vaihtoehtoinen teoria on, että pulsariin sen syntymästään saakka jäävä lämpö ohjaa napoihin pulssarin voimakkaan magneettikentän kautta. Tämä johtuu siitä, että lämpö kuljettaa elektronia, jotka ovat sähköisesti varautuneita ja siten magneettikentien ohjaamia.
Tämä tarkoittaa, että nuorempien pulssarien polaariset kuumat kohdat tuotetaan pääasiassa pulssin sisällä olevasta lämmöstä, eikä pulsaarin ulkopuolelta tulevien hiukkasten törmäyksestä. Siksi ne häviävät näkymästä samalla tavalla kuin koko pinnan päästö. "Tästä näkemyksestä keskustellaan edelleen, mutta uudet XMM-Newton-havainnot tukevat sitä suuresti", Becker sanoo.
Lähes neljäkymmentä vuotta pulsareiden löytämisestä näyttää siltä, että vanhoilla pulsaareilla on vielä uusia temppuja tähtitieteilijöiden opettamiseen.
Alkuperäinen lähde: ESA-lehdistötiedote
