Nytt rön om svarta hål

 

Ett internationellt team av forskare där UNLV (UNIVERSITY OF NEVADA, LAS VEGAS) -astrofysikern Bing Zhang ingick rapporterade den 26 juli i tidskriften Nature en dedikerad observationskampanj av den galaktiska mikrokvasaren GRS 1915 + 105. Teamet avslöjade funktioner i ett mikrokvasarsystem (en aktiv galaxkärna som beroende på storlek kallas kvasar eller som ovan om den är av mindre slag mikrokvasar) som aldrig tidigare har setts. 

Med hjälp av Aperture Spherical Radio Telescope (FAST) i Kina upptäcktes för första gången en kvasiperiodisk svängningssignal (QPO) i radiobandet från detta mikrokvasarsystem. QPO är ett fenomen som astronomer använder söker efter för att förstå hur stjärnsystem som svarta hål fungerar. Medan de tidigare har observerat röntgenstrålning från mikrokvasarer är radiobandstrålning unik.

Den märkliga QPO-signalen har en grovt räknat period på 0,2 sekunder (frekvens på cirka 5 Hertz), beskriver Wei Wang, professor vid Kinas Wuhan University vilken var den som ledde teamet som gjorde upptäckten. En signal som denna är unik och dyker bara upp under speciella fysiska förhållanden. Teamet hade turen att fånga signalen två gånger - i januari 2021 respektive juni 2022.

Enligt UNLV: s Zhang, chef för Nevada Center for Astrophysics kan denna unika signal vara det första beviset på aktivitet från en strålkälla som uppkommit i ett svart hål som är binär med en stjärna. Under vissa förhållanden lanserar vissa binära system där en stjärna och eyy svart hål finns och stjärnan kretsar runt hålet en stråle av en blandning av parallella strålar bestående av laddad materia och ett magnetfält som rör sig med nästan ljusets hastighet.

Där en ackretionskiva finns i svarta hålsystem (binära system) genomströmmar röntgenstrålar vanligtvis ackretionsskivan runt det svarta hålet medan radioemission vanligtvis skjuts upp från  ackretionsskivan och det svarta hålet, beskriver Zhang. 

Röntgenstrålningen här strålar  ut i olika riktningar och återgår sedan till den ursprungliga riktningen en gång var 0,2 sekund.

Zhang beskriver att en felinriktning mellan det svarta hålets rotationsaxel och dess ackretionsskiva (heta, ljusa snurrande gaser som omger det svarta hålet) kan vara det som orsakar effekten av en radiofrekvens som i detta fall. En naturlig följd av att rumtiden som släpar nära ett snabbt snurrande svart hål.

Andra möjligheter finns dock och fortsatta observationer av denna och andra galaktiska mikrokvasarkällor kommer att ge fler ledtrådar för att förstå dessa mystiska QPO-signaler, beskriver Zhang.

Studien som har beteckningen, "Sub-second periodic radio oscillation in a microquasar", publicerades den 26 juli i tidskriften Nature. Publikationen omfattar 21 medförfattare från 13 institutioner. Förutom UNLV och Wuhan University inkluderar den National Astronomical Observatories of China (NAOC) och flera andra observatorier och universitet från Kina.

Bild fantasibild av svart hål pixabay.com

En brun dvärgstjärna som avger radiostrålning

 

Att fördjupa vår kunskap om svala bruna dvärgar som den här kommer att hjälpa oss att förstå stjärnors utveckling, säger huvudförfattare och doktorand vid Kovi Rose vid University of Sydney.

 Astronomer vid University of Sydney har visat att en liten ljussvag stjärna är den svalaste som registrerats som producerar radiovågor.

Den "ultrasvala bruna dvärgen" som undersöktes i studien är en gasboll  med en temperatur av 425 grader Celsius men här sker ingen kärnfusion. 

Däremot är yttemperaturen hos solen den kretsar kring ett kärninferno med en temperatur av cirka 5600 grader Celcius.

Även om det inte är den kallaste bruna dvärg som  hittats är det den svalaste som analyserats med  med radioastronomi. Resultaten av studien publicerades nyligen  i The Astrophysical Journal Letters.

Huvudförfattaren och doktorand vid School of Physics, Kovi Rose, beskriver att det är mycket sällsynt att hitta svala bruna dvärgstjärnor som denna som producerar radiovågor. Det beror på att deras dynamik vanligtvis inte konstruerar de magnetfält som genererar radioutsläpp som kan detekteras från jorden.

Därför kan denna bruna dvärg  fördjupa vår kunskap om svala bruna dvärgar och hjälpa oss att förstå utvecklingen av stjärnor och hur de genererar magnetfält.

Hur den inre dynamiken är hos bruna dvärgar vilka en del producerar radiovågor är inte förstått. Medan astronomer har en bra uppfattning av hur större stjärnor som vår  sol genererar magnetfält och radiostrålning är det inte helt känt varför färre än 10 procent av bruna dvärgstjärnor producerar detta.

Den snabba rotationen av svala dvärgar tros spela en roll i att generera starka magnetfält. När magnetfältet roterar med en annan hastighet än dvärgens joniserade atmosfär kan det skapa elektriska strömflöden.

I det här fallet tror man att radiovågorna produceras av inflödet av elektroner till den bruna dvärgens  magnetiskt polära områden vilket tillsammans med rotationen av den  producerar regelbundet upprepade radioskurar.

Bruna dvärgstjärnor, så kallade eftersom de avger lite energi eller ljus, är inte tillräckligt massiva för att antända kärnfusion som större stjärnor som vår sol. Därför kallas de misslyckade stjärnbildningar.

Rose sa: "Dessa stjärnor är en slags felande länk mellan de minsta stjärnorna som bränner väte i kärnreaktioner och de största gasjätteplaneterna, som Jupiter."

Senna bruna dvärg har namnet T8 Dwarf WISE J062309.94-045624.6 och finns cirka 37 ljusår från jorden. Den upptäcktes 2011 av astronomer vid Caltech i USA.

Stjärnans radie är mellan 0,65 och 0,95% större än Jupiter. Dess massa är inte väl förstådd men är minst fyra gånger till 44 gånger mer massiv än Jupiter. Att jämför med vår sol som är 1000 gånger mer massiv än Jupiter.

Analysen av stjärnan gjordes av Mr Rose med hjälp av ny data från CSIRO ASKAP-teleskopet i västra Australien och följdes upp med observationer från Australia Telescope Compact Array nära Narrabri i NSW och MeerKAT-teleskopet i Sydafrika.

Bild Vikipedia Jämförelsebild: de flesta bruna dvärgar är något större än Jupiter (15–20%),[1] men är fortfarande upp till 80 gånger tyngre på grund av större densitet. Bilden är skalenlig, med Jupiters radie 11 gånger jordens, och solens radie är 10 gånger Jupiters.

Kopplingen mellan stjärnbildning och radiostrålning och infraröd strålning i galaxer är utredd.

 

För 50 år sedan upptäcktes den nära kopplingen mellan stjärnbildning i galaxer och galaxers infraröda strålning inklusive radiostrålning. Nu har forskare vid Leibniz Institute for Astrophysics Potsdam (AIP) dechiffrerat den underliggande fysiken till fenomenet.

I arbetet använde de nya datorsimuleringar av galaxbildning med en modellering av kosmisk strålnings effekter. För att förstå bildandet och utvecklingen av galaxer som vintergatan är det viktigt att känna till mängden nybildade stjärnor inte bara i vintergatan utan även i andra galaxer. Som beskrivs ovan måste sambandet mellan galaxernas infraröda strålning och radiostrålning  beaktas. Den energirika strålningen från unga, massiva stjärnor under bildning i galaxernas tätaste regioner döljs i omgivande dammoln och dess strålning återsänds  i det infraröda lågenergistrålningsfältet.

Efterhand kommer dock bränsletillförsel att bli uttömd i stjärnor vilket resulterar i att massiva stjärnor avlutar sin tid som en supernova. I denna explosion kastas det yttre stjärnhöljet ut i miljön vilket accelererar en del partiklar i det interstellära mediet till mycket högt energislag, kosmisk strålning. I galaxens magnetfält har dessa partiklar en hastighet av nästan ljusets i form av lågenergiradiostrålning med en våglängd på några centimeter till en meter. Genom  dessa processer är nybildade stjärnor, infraröd strålning och radiostrålning från galaxer sammanbundna.

Även om detta förhållande ofta används som utgångspunkt i astronomi är de exakta fysiska förhållandena inte helt klargjorda. För att gå till botten med detta mysterium har ett team av forskare vid AIP nu för första gången realistiskt simulerat dessa processer i en  galax genom datorsimulering och beräknat den kosmiska strålenergin i detta. Deras resultat publicerades i Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

"Under bildandet av den galaktiska skivan förstärks kosmiska magnetfält så att de matchar de starka galaktiska magnetfälten", förklarar professor Christoph Pfrommer chef för sektionen Cosmology and High-Energy Astrophysics vid AIP. När kosmiska strålpartiklar i magnetfält avger radiostrålning förloras en del av energin på sin väg mot oss. Som ett resultat blir radiospektrumet plattare vid låga frekvenser. Vid höga frekvenser, förutom radioutsläpp av kosmiska strålar, bidrar radioemissionen från det interstellära mediet i ett plattare spektrum. Summan av dessa två processer kan därför  förklara den observerade platta radiostrålningen från hela galaxen samt utsläpp från de centrala regionerna.

Detta förklarar även mysteriet  varför galaxers infraröda- och radiostrålning är väl sammankopplad. "Det gör det möjligt för oss att bättre bestämma antalet nybildade stjärnor utifrån den observerade radiostrålningen i galaxer något som bör hjälpa oss att ytterligare avslöja bakgrunden till stjärnbildning i universum", avslutar Maria Werhahn, doktorand vid AIP och huvudförfattare till en av studierna.

Bild vikimedia A diagram of Earth’s location in the Universe in a series of eight maps that show from left to right, starting with the Earth, moving to the Solar System, onto the Solar Interstellar Neighborhood, onto the Milky Way, onto the Local Galactic Group, onto the Virgo Supercluster, onto our local superclusters, and finishing at the observable Universe.

Magnetar SGR 1935+2154 sänder ut radiosignaler igen

 

Magnetarer känner vi enbart till 24 st. De är en typ av neutronstjärna. En kollapsad kärna i en avslocknad stjärna men inte massiv nog att förvandlas till ett svart hål. Neutronstjärnor är små med mycket hög densitet cirka 20 kilometer i diameter med en massa av maximalt cirka två solar. De har även ett kraftfullt magnetfält.

Magnetar SGR 1935+2154 hittades i vår Vintergata i april 2020 och är den första i vår galax som sänt snabba radioskurar (som vi upptäckt i Vintergatan). Det spännande är att den åter har vaknat till liv och sänt en ny skur. Något få magnetarer gör. Vi har hittills upptäckt 24 stycken magnetarer varav en nu i Vintergatan.

Andra gången magnetar SGR 1935+2154 sände en ny omgång skurar var den 8 oktober 2020 då upptäcktes detta genom  CHIME/FRB-samarbetet i Kanada. 

 

 SGR 1935+2154 avgav då tre millisekunder långa radioskurar under en tidsintervall av tre sekunder. Efter att ha följt upp CHIME/FRB-detekteringen hittades källan vilken överensstämde med magnetarens spinnperiod från förra utsläppet i april. "Det är verkligen spännande att se att SGR 1935 + 2154 sänder igen och jag är optimistisk om att när vi studerar dessa skurar mer noggrant kommer det att hjälpa oss att bättre förstå det potentiella förhållandet mellan magnetarer och snabba radioskurar," säger astronom Deborah Good vid University of British Columbia i Kanada, och medlem av CHIME / FRB.

Före april i år hade radioskurar (FRBs) bara upptäckts från källor utanför vår galax vanligtvis från källor miljontals ljusår bort. Den första upptäcktes 2007 och sedan dess har astronomer försökt lista ut vad som orsakar dem.

FRBs (Fast radio burst) är radioskurar av extremt kraftfulla radiovågor vissa urladdningar har mer energi än hundratals miljoner solar. De varar bara millisekunder. Då de flesta snabba radioskurars källor verkar blossa endast en gång och inte upprepas är de är extremt oförutsägbara. SGR 1935+2154 som återupprepat sina är bara cirka 30000 ljusår bort.

Radioskurarna var lite mindre kraftfulla denna andra gång men var fortfarande otroligt starka och bara millisekunder långa.

Good säger "En av de mest intressanta aspekterna av denna upptäckt är att de tre skurarna verkar ha inträffat inom en rotationsperiod. Den första skuren roterade en gång under 3,24 sekunder i april. Den första och andra skuraren i oktober var åtskilda av 0,954 sekunder och den andra och tredje var åtskilda 1,949 sekunder."

Det kan avslöja något nytt (min anm.) och användbart kunskapsmässigt om magnetarers beteende och ursprung vilket vi ännu vet mycket lite om.

Bild från vikipedia ett exempel på en Fast Radio Burst (FRB) från yttre rymden till jorden (konstnärskoncept).