Pulsarer är det som blir kvar när en massiv stjärna genomgår gravitationskollaps och exploderar i en supernova. Dessa lämningar (även kända som neutronstjärnor) är extremt täta, med flera jordmassor inträngda i ett utrymme lika stort som ett litet land. De har också kraftfulla magnetfält, som får dem att rotera snabbt och avge kraftfulla strålar av gammastrålar eller röntgenstrålar – vilket ger dem utseendet av en fyr.
I vissa fall snurrar pulsarerna särskilt snabbt, och det tar bara millisekunder att slutföra en enda rotation. Dessa 'millisekundspulsarer' förblir en källa till mystik för astronomer. Och efter att ha följt upp tidigare observationer, forskare som använder Low Frequency Array (LOFAR) radioteleskop i Nederländerna identifierade en pulsar (PSR J0952?0607) som snurrar mer än 42 000 gånger per minut, vilket gör den till den näst snabbaste pulsar som någonsin upptäckts.
Studien som beskrev deras resultat, med titeln ' LOFAR Upptäckt av den snabbast snurrande Millisecond Pulsar i det galaktiska fältet ', dök nyligen upp iThe Astrophysical Journal Letters. Leds av Dr. Cees Bassa, en astrofysiker från University of Utrecht och Nederländska institutet för radioastronomi (ASTRON), gjorde teamet uppföljande observationer av PSR J0952?0607, en millisekundspulsar belägen 3 200 till 5 700 ljusår bort.
En hel himmelsvy i gammastrålningsljus gjord med Fermi gammastrålerymdteleskop. Kredit: NASA/DOE/International LAT Team
Denna studie var en del av en pågående LOFAR-undersökning av energikällor som ursprungligen identifierades av NASA:s Fermi Gamma-ray rymdteleskop . Syftet med denna undersökning var att skilja mellan de gammastrålkällor som Fermi upptäckte, vilka kan ha orsakats av neutronstjärnor, pulsarer, supernovor eller områdena runt svarta hål. Som Elizabeth Ferrara, en medlem av upptäcktsteamet vid NASA:s Goddard Space Center, förklarade i en NASA pressmeddelande :
'Ungefär en tredjedel av gammastrålningskällorna som Fermi hittat har inte upptäckts vid andra våglängder. Många av dessa oassocierade källor kan vara pulsarer, men vi behöver ofta uppföljning från radioobservatorier för att upptäcka pulserna och bevisa det. Det finns en verklig synergi över de yttersta ändarna av det elektromagnetiska spektrumet i jakten på dem.'
Deras uppföljande observationer indikerade att just denna källa var en pulsar som snurrar med en hastighet av 707 varv (Hz) per sekund, vilket motsvarar 42 000 varv per minut. Detta gör det per definition till en millisekundspulsar. Teamet bekräftade också att det handlar om 1,4 solmassor och att den kretsar var 6,4:e timme av en medföljande stjärna som har avskaffats till mindre än 0,05 Jupitermassor.
Närvaron av denna lätta följeslagare är ytterligare en indikation på hur snurrandet av denna pulsar blev så snabbt. Med tiden skulle materia ha tagits bort från stjärnan och gradvis samlats på PSR J0952?0607. Detta skulle inte bara höja rotationshastigheten utan också kraftigt öka dess elektromagnetiska emissioner. Processen fortsätter till denna dag, med stjärnan blir allt mindre när pulsaren blir mer energisk.
Konstnärens intryck av en pulsar som suger material från en sällskapsstjärna. Kredit: NASA
På grund av denna relations natur (som bara kan beskrivas som 'kannibalistisk'), kallas system som PSR J0952?0607 ofta för 'black widow' eller 'redback' pulsarer. De flesta av dessa system hittades genom att följa upp källor som identifierats av Fermi-uppdraget, eftersom processen har varit känd för att resultera i att en betydande mängd elektromagnetisk strålning släpps ut.
Utöver upptäckten av denna rekordsättande pulsar kan LOFAR-upptäckten också vara en indikation på att det finns en ny population av ultrasnabba snurrande pulsarer i vårt universum. Som Dr. Bassa förklarade :
“LOFAR plockade upp pulser från J0952 vid radiofrekvenser runt 135 MHz, vilket är cirka 45 procent lägre än de lägsta frekvenserna för konventionella radiosökningar. Vi fann att J0952 har ett brant radiospektrum, vilket betyder att dess radiopulser tonar ut mycket snabbt vid högre frekvenser. Det hade varit en utmaning att hitta det utan LOFAR.”
Den snabbast snurrande pulsaren som är kända, PSR J1748-2446ad, snurrar bara något snabbare än PSR J0952?0607 – och når en hastighet på nästan 43 000 rpm (eller 716 varv per sekund). Men vissa teoretiker tror att pulsarer kan snurra så fort som 72 000 rpm (nästan dubbelt så snabbt) innan de går sönder. Detta förblir en teori, eftersom snabbt snurrande pulsarer är ganska svåra att upptäcka.
Men med hjälp av instrument som LOFAR kan det förändras. Till exempel visades både PSR J1748-2446ad och PSR J0952?0607 ha branta spektra – ungefär som radiogalaxer och Aktiva galaktiska kärnor . Detsamma gällde J1552+5437, ytterligare en millisekundspuls upptäckt av LOFAR som snurrar med 25 000 rpm.
Som Ziggy Pleunis – en doktorand vid McGill University i Montreal och medförfattare till studien – indikerade, kan detta vara ett tecken på att de snabbast snurrande pulsarerna bara väntar på att bli hittade.
'Det finns växande bevis för att de snabbast snurrande pulsarerna tenderar att ha de brantaste spektra,' han sa . 'Eftersom LOFAR-sökningar är mer känsliga för dessa radiopulsarer med brant spektrum, kan vi upptäcka att även snabbare pulsarer faktiskt existerar och har missats av undersökningar vid högre frekvenser.'
Som med många andra områden inom astronomisk forskning, möjliggör förbättringar av instrumentering och metodik nya och spännande upptäckter. Som väntat tvingar några av de saker vi hittar astronomer att tänka om mer än några få tidigare antaganden om arten och gränserna för vissa fenomen.
Se till att njuta av den här NASA-videon som förklarar 'black widow'-pulsarer och den pågående sökningen för att hitta dem:
Vidare läsning: NASA , Astrophysical Journal Letters