Neutronensterren zijn een van de meest fascinerende astronomische objecten in het bekende heelal. Naast dat ze het dichtste type ster zijn (met de mogelijke uitzondering van quarksterren), is het ook bekend dat ze binaire paren vormen met massieve sterren. Tot op heden zijn er slechts 39 van dergelijke systemen ontdekt, en er zijn er nog minder ontdekt die waren samengesteld uit een massieve ster en een gammastraalneutronenster met een zeer hoge energie (VHE).
Tot op heden zijn er slechts twee van deze systemen gevonden, waarvan de tweede slechts een paar jaar geleden werd ontdekt door een team van internationale astronomen dat bekend staat als de Very Energetic Radiation Imaging Telescope Array System (VERITAS) -samenwerking. Behalve dat het een zeldzame vondst was, had de ontdekking ook veel geluk, aangezien het ongewone gedrag dat ze vanuit dit systeem waarnamen, pas in 2067 zal plaatsvinden.
Simpel gezegd, neutronensterren zijn de dichte overblijfselen van een ster die in een supernova is ontploft, waardoor een extreem dicht, compact object achterblijft dat snel ronddraait. Dit zorgt ervoor dat een neutronenster krachtige magnetische velden genereert die zijn straling in een strakke bundel richten, die er van op de rand als een vuurtoren uitziet. Wanneer deze bundels de aarde kruisen, kunnen astronomen deze pulsen detecteren op radio- en andere golflengten.
Aangezien het gebruikelijk is dat zware sterren binaire paren vormen, is het niet verrassend dat sommige pulsars een metgezel in een baan hebben die de partner die supernova is geworden, heeft overleefd. Het is ook gebruikelijk dat deze systemen puinschijven hebben, die worden beïnvloed door de snel draaiende pulsar. Als straling botst met puin, creëert het geladen deeltjes die kunnen worden versneld tot bijna de lichtsnelheid, wat resulteert in gammastralen met zeer hoge energie (VHE).
Met behulp van de vier 12-meter telescopen van het Fred Lawrence Whipple Observatory, dat wordt beheerd door het Smithsonian Astrophysical Observatory (SAO), begon de VERITAS-samenwerking met het opsporen van wat in 2016 werd gedacht aan een VHE-gamma-ray pulsar-systeem. Deze bron bevindt zich in een enorme stellaire kraamkamer op ongeveer 5000 lichtjaar van de aarde in de richting van het sterrenbeeld Cygnus.
Met de hulp van een team van astronomen die de twee 17 m grote atmosferische gammabeelden Cherenkov (MAGIC) -telescopen (op het El Roque de Los Muchachos-observatorium op de Canarische Eilanden) gebruikten, ontdekte het team dat de pulsar een enorme stellaire metgezel had die om de 50 jaar in een extreem elliptische baan draaide. De twee teams berekenden ook dat de sterren op 13 november 2017 op de dichtstbijzijnde punten in hun baan zouden zijn en pas in 2067 opnieuw zouden zijn.
De directeuren van de VERITAS-samenwerking waren eerder in samenwerking gegaan met andere astronomen om dit systeem voor, tijdens en na de dichtstbijzijnde benadering te volgen. Met behulp van de vier telescopen van het Fred Lawrence Whipple-observatorium detecteerden ze de gammastraling van de extreem korte flitsen van Cherenkov-straling die in de lucht verschijnen wanneer ze worden geabsorbeerd door de atmosfeer van de aarde.
Eerste waarnemingen, uitgevoerd in 2016, toonden zwakke gammastraling-emissies aan, die consistent waren met het feit dat het binaire systeem is ingebed in een stellaire kwekerij. "Deze lage, stabiele emissie is hoogstwaarschijnlijk afkomstig van een nevel die continu wordt aangedreven door de pulsar", zegt Ralph Bird, een postdoctoraal onderzoeker aan de University of California in Los Angeles die een leidende rol speelde in de VERITAS-campagne.
De wetenschappers wachtten daarom tot de sterren het dichtstbijzijnde punt in hun baan bereikten om te zien of er iets zou veranderen. Volgens Alicia López Oramas, een onderzoeker bij MAGIC aan het Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC), en een van de corresponderende auteurs van de studie, “werd verwacht dat een dergelijk uniek systeem tijdens deze benadering zeer energetische gammastraling uitzendt , en deze kans kon niet worden gemist. ”
In september begonnen de dingen drastisch te veranderen. Zoals Tyler Williamson, een afgestudeerde student van de afdeling Fysica en Astronomie van de Universiteit van Delaware en een andere belangrijke bijdrage aan VERITAS, aangaf:
“De gammastralingflux die we in september hebben waargenomen, was tweemaal de vorige waarde. Tijdens de dichtstbijzijnde benadering tussen de ster en de pulsar, in november 2017, nam de flux in slechts één nacht 10 keer toe. ”
Om dit gedrag te verklaren, paste het team theoretische modellen toe op basis van de nieuwste theorieën over pulsars, puinschijven en de resulterende emissies naar hun waarnemingen. Dit is niet gelukt, waardoor ze tot de conclusie zijn gekomen dat er aanzienlijke herzieningen nodig zijn, waaronder betere informatie over de ontmoeting tussen de twee sterren.
Kortom, er zijn meer waarnemingen van dit binaire paar nodig voordat de juiste modellering kan worden gemaakt. Dit is niet verrassend, aangezien dit systeem slechts het tweede geval is van een binair pulsarsysteem dat VHE-gammastraling-emissie vertoont. Desalniettemin waren de door de twee teams verzamelde waarnemingen van onschatbare waarde, aangezien alle eerdere verklaringen over het gedrag van VHE-gamma-straalpulaire binaries speculatie waren.
De komende jaren zijn de wetenschappers van plan deze en andere pulsars te blijven observeren om het exotische gedrag van dit extreme type object te volgen. En als voor dit specifieke systeem de juiste modellen kunnen worden ontwikkeld, zal het voor wetenschappers van enorme waarde zijn en inzicht bieden in de geboorte en evolutie van compacte objecten - variërend van pulsars tot binaire zwartgatsystemen.
Zoals Wystan Benbow, een astrofysicus bij de CfA, verklaarde: "voortdurende investeringen in de exploitatie van unieke, geavanceerde faciliteiten zoals VERITAS zijn van cruciaal belang en zullen verdere kansen bieden om tot transformatieve wetenschap te komen."
De VERITAS-samenwerking is een groep van 80 wetenschappers van 20 instellingen in de Verenigde Staten, Canada, Duitsland en Ierland. De studie die hun bevindingen beschrijft, verscheen onlangs in de Astrophysical Journal Letters. De Fred Lawrence Whipple Observatory wordt beheerd door de Smithsonian Astrophysical Observatory's (SAO).
