Gegevens die zijn vastgelegd door NASA's Chandra X-ray Observatory van een neutronenster terwijl deze door een dicht stuk stellaire wind ging dat afkomstig was van zijn massieve begeleidende ster, bieden waardevol inzicht in de structuur en samenstelling van stellaire winden en over de omgeving van de neutronenster zelf. Een paper waarin het onderzoek wordt beschreven, onder leiding van Penn State-astronomen, verschijnt 15 januari 2019, in het journaal, Maandelijkse mededelingen van de Royal Astronomical Society .

"Stellaire winden zijn het snelstromende materiaal - samengesteld uit protonen, elektronen, en metaalatomen - uitgestoten door sterren, " zei Pragati Pradhan, een postdoctoraal onderzoeker in astronomie en astrofysica aan Penn State en de hoofdauteur van het artikel. "Dit materiaal verrijkt de omgeving van de ster met metalen, kinetische energie, en ioniserende straling. Het is het bronmateriaal voor stervorming. Tot het laatste decennium, men dacht dat sterrenwinden homogeen waren, maar deze Chandra-gegevens leveren direct bewijs dat sterrenwinden bevolkt zijn met dichte klonten."

De waargenomen neutronenster maakt deel uit van een röntgendubbelstelsel met hoge massa - het compacte, ongelooflijk dichte neutronenster gecombineerd met een massieve 'normale' superreus. Neutronensterren in binaire systemen produceren röntgenstralen wanneer materiaal van de begeleidende ster in de richting van de neutronenster valt en wordt versneld tot hoge snelheden. Als gevolg van deze versnelling Er worden röntgenstralen geproduceerd die op hun beurt kunnen interageren met de materialen van de stellaire wind om secundaire röntgenstralen met kenmerkende energieën te produceren op verschillende afstanden van de neutronenster. Neutrale - ongeladen - ijzeratomen, bijvoorbeeld, fluorescentie-röntgenstralen produceren met energieën van 6,4 kilo-elektronvolt (keV), ongeveer 3000 keer de energie van zichtbaar licht. Astronomen gebruiken spectrometers, zoals het instrument op Chandra, om deze röntgenstralen vast te leggen en te scheiden op basis van hun energie om meer te weten te komen over de samenstelling van sterren.

"Neutrale ijzeratomen zijn een vaker voorkomend onderdeel van sterren, dus we zien meestal een grote piek van 6,4 keV in de gegevens van onze spectrometers als we naar röntgenstralen van de meeste neutronensterren in een röntgendubbelstelsel met hoge massa kijken, " zei Pradhan. "Toen we naar röntgengegevens keken van het röntgendubbele systeem met hoge massa dat bekend staat als OAO 1657-415, zagen we dat deze piek van 6,4 keV een ongebruikelijk kenmerk had. De piek had een brede extensie tot 6,3 keV. Deze uitbreiding wordt een 'Compton-schouder' genoemd en geeft aan dat de röntgenstralen van neutraal ijzer worden teruggestrooid door dichte materie rond de ster. Dit is pas het tweede binaire röntgensysteem met hoge massa waarbij een dergelijke functie is gedetecteerd."

De onderzoekers gebruikten ook de ultramoderne techniek van de Chandra om een ​​ondergrens te identificeren op de afstand van de neutronenster die de röntgenstralen van neutraal ijzer vormen. Hun spectrale analyse toonde aan dat neutraal ijzer minstens 2,5 lichtseconde wordt geïoniseerd, een afstand van ongeveer 750 miljoen meter of bijna 500, 000 mijl, van de neutronenster om röntgenstralen te produceren.

"In dit werk, we zien een verzwakking van de röntgenstralen van de neutronenster en een prominente lijn van neutraal ijzer in het röntgenspectrum - twee handtekeningen die de klonterige aard van stellaire winden ondersteunen, "zei Pradhan. "Bovendien, de detectie van Compton-schouder heeft ons ook in staat gesteld om de omgeving rond deze neutronenster in kaart te brengen. We verwachten ons begrip van dit fenomeen te kunnen verbeteren met de aanstaande lancering van ruimtevaartuigen zoals Lynx en Athena, die een verbeterde spectrale röntgenresolutie zal hebben."

Voor het postdoctorale werk van Pradhan aan Penn State onder toezicht van professor in astronomie en astrofysica David Burrows, Universitair hoofddocent astronomie en astrofysica Jamie Kennea, en onderzoekshoogleraar astronomie en astrofysica Abe Falcone, ze is voornamelijk betrokken bij het schrijven van algoritmen voor detectie aan boord van röntgenstralen van voorbijgaande astronomische gebeurtenissen zoals die worden gezien door deze zware röntgendubbelsystemen voor instrumenten die op het Athena-ruimtevaartuig zullen zijn.

Pradhan en haar team hebben ook een vervolgcampagne waarbij ze kijken naar hetzelfde hoge-massa X-ray binary met een andere NASA-satelliet - NuSTAR, die in mei 2019 een breder spectrum van röntgenstralen van deze bron zal bestrijken, variërend in energieën van ~ 3 tot 70 keV.

"We zijn ook enthousiast over de aanstaande NuSTAR-waarneming, "zei Pradhan. "Dergelijke waarnemingen in harde röntgenstralen zullen een nieuwe dimensie toevoegen aan ons begrip van de fysica van dit systeem en we zullen de kans krijgen om het magnetische veld van de neutronenster in OAO 1657-415 te schatten, dat waarschijnlijk een miljoen keer sterker is dan het sterkste magnetische veld op aarde."