XMM-Newton detecteert jongste babypulsar ooit ontdekt
Een observatiecampagne onder leiding van ESA’s XMM-Newton onthult de jongste pulsar ooit gezien – het overblijfsel van een ooit massieve ster die ook een ‘magnetar’ is, met een magnetisch veld dat zo’n 70 quadriljoen keer sterker is dan dat van de aarde.
Pulsars zijn enkele van de meest zeldzame objecten in het universum. Deze ontstaan wanneer massieve sterren ophouden te bestaan via gewelddadige supernova-explosies en laten extreme stellaire resten achter: heet, dicht en sterk gemagnetiseerd. Soms ondergaan pulsars ook periodes van sterk verhoogde activiteit, waarin deze op tijdschalen van milliseconden tot jaren enorme hoeveelheden energetische straling afgeven.
Kleinere barsten markeren vaak het begin van een grotere ‘uitbarsting’, wanneer de röntgenstraling duizend keer zo intens kan worden. Een multi-instrumentencampagne onder leiding van XMM-Newton heeft nu een dergelijke uitbarsting van de jongste babypulsar ooit waargenomen: Swift J1818.0−1607, die oorspronkelijk in maart door NASA’s Swift Observatory werd ontdekt.
En er is meer. Niet alleen is deze pulsar de jongste van de 3000 bekende in ons Melkwegstelsel, maar het behoort ook tot een zeldzame pulsarcategorie: magnetars, de kosmische objecten met de sterkste magnetische velden ooit gemeten in het universum.
“Swift J1818.0−1607 licht circa 15,000 lichtjaren hier vandaan, binnen de Melkweg,” zegt hoofdauteur Paolo Esposito van de University School for Advanced Studies IUSS Pavia (Italië).
“Zoiets jongs te ontdekken, vlak nadat deze in het universum is ontstaan, is ontzettend spannend. Mensen op aarde zouden de supernova-explosie die deze jonge magnetar heeft gevormd circa 240 jaar geleden kunnen hebben gezien, precies tijdens de Amerikaanse en Franse revoluties.”
De magnetar heeft nog meer aanspraken op roem. Het is een van de snelst ronddraaiende objecten die bekend zijn in die categorie, het duurt 1,36 seconden om volledig rond te draaien – ondanks het bevatten van de massa van twee zonnen binnen een stellair overblijfsel.
Meteen na de ontdekking hebben de astronomen dit object gedetailleerder bekeken met behulp van XMM-Newton, NASA’s Swift en NuSTAR röntgenstralingsatellieten en de Sardinia Radio Telescope in Italië.
Anders dan de meeste magnetars, welke alleen waargenomen kunnen worden op röntgenfoto’s, onthulden de waarnemingen dat Swift J1818.0−1607 een van de zeer weinige is die ook pulserende emissie in radiogolven toont.
“Magnetars zijn fascinerende objecten en deze baby blijkt in het bijzonder interessant te zijn vanwege de extreme karakteristieken,” zegt Nanda Rea van het Institute of Space Sciences (CSIC, IEEC) in Barcelona (Spanje) en hoofdonderzoeker van de observaties.
“Het feit dat deze kan worden gezien in zowel radiogolven en op röntgenfoto’s is essentieel voor een ongoing wetenschappelijk debat over de natuur van een specifieke soort stellair overblijfsel: pulsars.”
Een bijzonder gemagnetiseerd type pulsar, magnetars worden over het algemeen beschouwd als ongewoon in het heelal - astronomen hebben er slechts rond de 30 gedetecteerd - en worden verondersteld zich te onderscheiden van andere soorten pulsars die sterk in radiostraling verschijnen.
Röntgenstralingsonderzoekers hebben echter lange tijd vermoed dat magnetars veel vaker voorkomen dan deze opvatting suggereert. Deze nieuwe bevinding ondersteunt het idee dat, in plaats van zeldzaam te zijn, deze een substantiële fractie zouden kunnen vormen van de pulsars die gevonden zijn in de Melkweg.
“Het feit dat er zich onlangs een magnetar heeft gevormd, geeft aan dat dit idee gegrond is,” legt coauteur Alice Borghese uit, die gewerkt heeft aan de gegevensanalyse met collega Francesco Coti Zelati – ook allebei van het Institute of Space Sciences (CSIC, IEEC) in Barcelona.
“Astronomen hebben ook in het afgelopen decennium vele magnetars ontdekt, waarmee het bekende aantal is verdubbeld,” voegt zij toe. “Het is mogelijk dat magnetars zich stil houden in inactieve staat en alleen worden ontdekt wanneer zij ‘wakker worden’ – zoals getoond door deze baby magnetar, die veel minder lichtgevend was voor de uitbarsting die leidde tot de ontdekking ervan.”
Bovendien is er misschien niet zo’n grote verscheidenheid aan pulsars dan aanvankelijk werd gedacht. De onderscheidende verschijnselen getoond door magnetars kunnen ook voorkomen bij andere pulsarsoorten, net zoals Swift J1818.0−1607 karakteristieken vertoont – radiostraling – die meestal niet worden toegeschreven aan magnetars.
“Hoewel ze op zichzelf al interessant zijn, zijn magnetars op veel grotere schaal relevant: ze kunnen een sleuetelrol spelen in het aansturen van een hele reeks voorbijgaande gebeurtenissen die we in het heelal zien,” voegt Francesco toe.
“Dergelijke gebeurtenissen zouden op de een of andere manier verbonden zijn met magnetars, hetzij tijdens hun ontstaan, hetzij in de zeer vroege stadia van hun leven, wat deze ontdekking bijzonder fascinerend maakt.”
Voorbeelden van voorbije gebeurtenissen zijn gammastraaluitbarstingen, superlichtgevende supernova-explosies en de mysterieuze snelle radiobarstingen. Deze energetische voorvallen zijn mogelijk verbonden met de vorming en het bestaan van jonge, sterk gemagnetiseerde objecten – zoals Swift J1818.0−1607.
“Om de leeftijd van deze magnetar af te leiden, hadden de onderzoekers hoge-resolutie lange-termijn metingen nodig van zowel de snelheid waarmee deze draait, als van de manier waarop deze draai mettertijd verandert,” voegt ESA XMM-Newton projectwetenschapper Norbert Schartel toe.
“XMM-Newton’s European Photon Imaging Camera, EPIC, ontdekte Swift J1818.0−1607 slechts drie dagen na ontdekking, waardoor de onderzoekers een nauwkeurig beeld konden krijgen van de röntgenstraling en de rotatie en spectrale eigenschappen ervan gedetailleerd konden karakteriseren.”
“Dit soort onderzoek is enorm belangrijk om meer inzicht te verkrijgen in de stellaire inhoud van de Melkweg en om de details van de verschijnselen die zich in het hele universum voordoen te onthullen.”
Meer informatie
“A very young radio-loud magnetar” door P. Esposito et al. (2020) is gepubliceerd in The Astrophysical Journal Letters.
Voor meer informatie, gelieve contact op te nemen met:
Paolo Esposito
University School for Advanced Studies IUSS
Pavia, Italië
E-mail: paolo.esposito@iusspavia.it
Nanda Rea
Institute of Space Sciences (CSIC, IEEC)
Barcelona, Spanje
E-mail: rea@ice.csic.es
Norbert Schartel
XMM-Newton projectwetenschapper
European Space Agency
E-mail: norbert.Schartel@esa.int
ESA Media Relations
E-mail: media@esa.int