Pressmeddelande

Magnetarernas mysterium löst?

14 maj 2014

Magnetarer är bisarra, supertäta kvarlevor efter supernovaexplosioner. De är de starkaste magneterna man känner till i hela universum – miljoner gånger starkare än de starkaste magneterna på jorden. Ett team europeiska astronomer som har använt ESO:s Very Large Telescope (VLT) tror nu att de för första gången hittat en magnetars partnerstjärna. Upptäckten hjälper forskare att förstå hur magnetarer bildas, något som varit ett mysterium de senaste 35 åren. Det förklarar också varför just den här stjärnan inte störtade samman till ett svart hål så som astronomer annars hade förväntat sig.

När en stjärna med hög massa störtar samman under sin egen tyngd vid en supernovaexplosion blir den antingen en neutronstjärna eller ett svart hål. En magnetar är en ovanlig och exotisk sorts neutronstjärna. Dessa märkliga himlakroppar är alla pyttesmå och oerhört tätt packade – en tesked neutronstjärna väger omkring en miljard ton – men magnetaren har också ett extremt kraftfullt magnetfält. Dessutom kan en magnetar ge ifrån sig enorma mängder gammastrålar när den genomgår en så kallad stjärnbävning, då kraftiga spänningar i dess skorpa plötsligt justerar ytans form.

Stjärnhopen Westerlund 1 [1] ligger 16 000 ljusår från jorden i den sydliga stjärnbilden Altaret. I den finns en av de drygt tjugo magnetarer som man känner till i Vintergatan. Magnetaren, som går under beteckningen CXOU J164710.2-455216, har förbryllat astronomer ordentligt.

Simon Clark är försteförfattare till artikeln som rapporterar de nya resultaten.

– I våra tidigare studier (eso1034) visade vi att magnetaren i stjärnhopen Westerlund 1 (eso0510) måste ha bildats när en stjärna med omkring 40 gånger så hög massa som solen gick en explosiv död till mötes. Men detta medför ett annat problem. Stjärnor med så här hög massa borde vid sin död störta samman och bli svarta hål, inte neutronstjärnor. Vi förstod inte hur den kunde bli en magnetar.

En lösning på mysteriet föreslogs. Magnetaren kunde ha bildats genom växelverkan mellan två stjärnor med mycket hög massa som låg i omloppsbana kring varandra i ett tätt  dubbelstjärnesystem – så litet att det skulle få plats innanför jordens omloppsbana runt solen. Men fram tills nu har man inte upptäckt någon annan stjärna på samma plats som magnetaren i Westerlund 1. Forskarna använde därför VLT för att leta efter den i andra delar av stjärnhopen. De sökte efter förrymda stjärnor – himlakroppar som lämnar stjärnhopen med höga hastigheter. Stjärnan kan nämligen ha knuffats ur sin omloppsbana av supernovaexplosionen som bildade magnetaren. Man upptäckte en stjärna, som kallas Westerlund 1-5 [2], som stämde in på beskrivningen.

Ben Ritchie vid Open University i Storbritannien är medförfattare till artikeln.

– Den här stjärnan har inte bara en rörelseriktning som stämmer överens med att den ska ha fått en knuff av en supernova. Den är också alldeles för ljusstark för att ha bildats som en ensam stjärna. Dessutom har den en mycket ovanlig sammansättning med höga halter av grundämnet kol, som inte kan bildas i en ensam stjärna, vilket är ett avgörande bevis för att den måste ha bildats som en del av en dubbelstjärna.

Den här upptäckten gjorde det möjligt för astronomerna att återskapa stjärnans livshistoria och förklara varför den blev en magnetar istället för ett svart hål [3]. I den första fasen av processen börjar den tyngre stjärnan att få slut på bränsle och tappar sitt yttre lager, som överförs till den lättare stjärnan, som kommer att bli en magnetar. Tillskottet av materia får den att snurra fortare och fortare, och denna snabba rotation verkar vara den avgörande ingrediensen för att bilda magnetarens ultrastarka magnetfält.

I dubbelstjärnans nästa fas har kompanjonstjärnan gått upp i vikt så pass mycket att den också ömsar en del av materian som den nyss tillskansat sig. Mycket av denna materia släpps ut i stjärnornas omgivning, men en del återvänder till stjärnan som än idag lyser klart, Westerlund 1-5.

Francisco Najarro vid Centro de Astrobiología i Spanien är också med i teamet.

– Det är det här utbytet av materia som har gett Westerlund 1-5 sitt unika kemiska fingeravtryck. Det är också orsaken till att kompanjonen krymptes tillräckligt för att den skulle föda en magnetar istället för ett svart hål. När stjärnor leker “het potatis” får det kosmiska konsekvenser!

För att en stjärna ska omvandlas till magnetar tycks alltså medlemskap i ett dubbelstjärnesystem vara ett krav. Den snabba rotationen som sätts igång när materia överförs mellan de två stjärnorna verkar vara nödvändig för att skapa det ultrastarka magnetfältet. När materia sedan förs över åt andra hållet kan den blivande magnetaren banta ner tillräckligt för att vid dödsögonblicket slippa störta samman till ett svart hål.

Noter

[1] Den öppna stjärnhopen Westerlund 1 upptäcktes 1961 från Australien av den svenske astronomen Bengt Westerlund. Han flyttade senare därifrån för att leda ESO i Chile (1970-74). Stjärnhopen ligger bakom ett enormt interstellärt moln av gas och stoft, som blockerar det mesta av det synliga ljuset. Ljuset från stjärnhopen försvagas med en faktor på mer än 100 000, och det är därför som det har tagit så lång tid att ta reda på den här stjärnhopens sanna natur.

Westerlund 1 är ett unikt naturligt laboratorium för att studera extrem stjärnfysik. Observationer av hopen hjälper astronomer att förstå hur de allra tyngsta stjärnorna i Vintergatan lever och dör. Man har konstaterat att den här extrema stjärnhopen väger minst 100 000 gånger så mycket som solen, och att alla dess stjärnor ryms i ett område mindre än 6 ljusår tvärsöver. Westerlund 1 verkar därför vara den största kompakta stjärnhopen som hittills hittats i Vintergatan.

Alla stjärnor i Westerlund 1 som hittills har analyserats väger åtminstone 30-40 gånger så mycket som solen. Eftersom sådana stjärnor är så kortlivade med astronomiska mått mätt måste Westerlund 1 vara en mycket ung stjärnhop. Astronomer uppskattar dess ålder till mellan 3,5 och 5 miljoner år, så Westerlund 1 är därmed helt klart en nyfödd stjärnhop i vår galax.

[2] Stjärnans fullständiga namn är Cl* Westerlund 1 W 5.

[3] När stjärnor åldras gör kärnreaktioner att deras kemiska sammansättning förändras. De grundämnen som utgör reaktionernas bränsle tar slut och reaktionsprodukterna ansamlas. En sådan stjärnas kemiska fingeravtryck är först rikt på väte och kväve, men fattigt på kol. Det är bara mycket sent i stjärnans liv som kolhalten ökar, men då har vätet och kvävet minskat kraftigt. Man tror att det är omöjligt för ensamma stjärnor att samtidigt ha höga halter av väte, kväve och kol, som Westerlund 1-5 (Wd 1-5) har.

Mer information

Forskningen som presenterats i det här pressmeddelandet från ESO kommer snart att publiceras i tidsskriften Astronomy and Astrophysics (A VLT/FLAMES survey for massive binaries in Westerlund 1: IV.Wd1-5 binary product and a pre-supernova companion for the magnetar CXOU J1647-45” av J. S. Clark m. fl.). Samma team publicerade en första undersökning av det här objektet 2006 (“A Neutron Star with a Massive Progenitor in Westerlund 1” av M. P. Muno m. fl., Astrophysical Journal, 636, L41).

Teamet består av Simon Clark och Ben Ritchie (The Open University, Storbritannien), F. Najarro (Centro de Astrobiología, Spanien), Norbert Langer (Universität Bonn, Tyskland, och Universiteit Utrecht, Nederländerna) och Ignacio Negueruela (Universidad de Alicante, Spanien).

Astronomerna använde instrumentet FLAMES på ESO:s Very Large Telescope på Paranal i Chile för att studera stjärnorna i stjärnhopen Westerlund 1.

ESO, Europeiska sydobservatoriet, är Europas främsta samarbetsorgan för astronomisk forskning och världens mest produktiva astronomiska observatorium. Det stöds av 15 länder: Belgien, Brasilien, Danmark, Finland, Frankrike, Italien, Nederländerna, Portugal, Schweiz, Spanien, Storbritannien, Sverige, Tjeckien, Tyskland och Österrike. ESO:s ambitiösa verksamhet rör design, konstruktion och drift av avancerade markbaserade forskningsanläggningar som gör det möjligt för astronomer att göra banbrytande vetenskapliga upptäckter. ESO spelar dessutom en ledande roll i att främja och organisera samarbeten inom astronomisk forskning. ESO driver tre unika observationsplatser i Chile: La Silla, Paranal och Chajnantor. Vid Paranal finns Very Large Telescope, världens mest avancerade observatorium för synligt ljus, och två kartläggningsteleskop: VISTA, som observerar infrarött ljus och är världens största kartläggningsteleskop, samt VST, det största teleskopet som konstruerats för att kartlägga himlavalvet i synligt ljus. ESO bidrar dessutom till ALMA, ett revolutionerande astronomiskt teleskop och världens hittills största astronomiska projekt. ESO planerar för närvarande bygget av det europeiska extremt stora 39-metersteleskopet för synligt och infrarött ljus, E-ELT. Det kommer att bli ”världens största öga mot himlen”.

Länkar

• Forskningsartikeln

• Foton på VLT

Kontakter

Simon Clark
The Open University
Milton Keynes, United Kingdom
Tel: +44 207 679 4372
E-post: jsc@star.ucl.ac.uk

Richard Hook
ESO, La Silla, Paranal and E-ELT Press Officer
Garching bei München, Germany
Tel: +49 89 3200 6655
Mobil: +49 151 1537 3591
E-post: rhook@eso.org

Johan Warell (Presskontakt för Sverige)
ESO:s nätverk för vetenskaplig kommunikation
Skurup, Sverige
Tel: +46-706-494731
E-post: eson-sweden@eso.org

Connect with ESO on social media

Detta är den översatta versionen av ESO:s pressmeddelande eso1415 som har tagits fram inom ESON, ett nätverk av medarbetare i ESO:s medlemsländer. ESON-representanterna fungerar som lokala kontaktpersoner för media i samband med ESO:s pressmeddelanden och andra händelser. ESON:s kontaktperson i Sverige är Johan Warell.