Magnetar

Konstnärens uppfattning av en magnetar, med magnetiska fältlinjer
Konstnärens föreställning om en kraftfull magnetar i en stjärnhop

En magnetar är en typ av neutronstjärna med ett extremt kraftfullt magnetfält (~10 9 till 10 11 T , ~10 13 till 10 15 G ). Magnetfältsavfallet driver emissionen av högenergi elektromagnetisk strålning , särskilt röntgenstrålar och gammastrålar .

Existensen av magnetarer föreslogs 1992 av Robert Duncan och Christopher Thompson . Deras förslag försökte förklara egenskaperna hos övergående gammastrålningskällor, nu kända som mjuka gammarepeaters (SGR). Under det följande decenniet blev magnethypotesen allmänt accepterad och utökades för att förklara anomala röntgenpulsarer ( AXP). I juli 2021 var 24 bekräftade magnetarer kända.

Det har föreslagits att magnetarer är källan till snabba radioskurar (FRB), särskilt som ett resultat av fynd 2020 av forskare som använder radioteleskopet Australian Square Kilometer Array Pathfinder (ASKAP).

Beskrivning

Liksom andra neutronstjärnor är magnetarer runt 20 kilometer (12 mi) i diameter och har en massa på cirka 1,4 solmassor. De bildas av kollapsen av en stjärna med en massa 10–25 gånger solens . Tätheten av det inre av en magnetar är sådan att en matsked av dess substans skulle ha en massa på över 100 miljoner ton. Magnetarer skiljer sig från andra neutronstjärnor genom att de har ännu starkare magnetfält och genom att de roterar långsammare i jämförelse. De flesta magnetarer roterar varannan till var tionde sekund, medan typiska neutronstjärnor roterar en till tio gånger per sekund. En magnetars magnetfält ger upphov till mycket starka och karakteristiska skurar av röntgenstrålar och gammastrålar. Det aktiva livet för en magnetar är kort jämfört med andra himlakroppar. Deras starka magnetfält avtar efter cirka 10 000 år, varefter aktiviteten och starka röntgenstrålning upphör. Med tanke på antalet magnetarer som kan observeras idag, visar en uppskattning att antalet inaktiva magnetarer i Vintergatan är 30 miljoner eller mer.

Stjärnbävningar som utlöses på magnetarens yta stör magnetfältet som omger den, vilket ofta leder till extremt kraftfulla utsläpp av gammastrålar som har registrerats på jorden 1979, 1998 och 2004.

Neutronstjärnetyper (24 juni 2020)

Magnetiskt fält

Magnetarer kännetecknas av sina extremt kraftfulla magnetfält på ~10 9 till 10 11 T . Dessa magnetiska fält är hundra miljoner gånger starkare än någon konstgjord magnet, och ungefär en biljon gånger kraftfullare än fältet som omger jorden . Jorden har ett geomagnetiskt fält på 30–60 mikroteslas, och en neodymbaserad magnet av sällsynta jordartsmetaller har ett fält på cirka 1,25 tesla, med en magnetisk energitäthet på 4,0 × 10 5 J /m 3 . En magnetars 10 10 tesla-fält har däremot en energitäthet på 4,0 × 10 25 J/m 3 , med en E / c 2 -masstäthet som är mer än 10 000 gånger den för bly . Magnetfältet i en magnetar skulle vara dödligt även på ett avstånd av 1 000 km på grund av det starka magnetfältet som förvränger elektronmolnen i ämnets atomer, vilket gör kemin i kända livsformer omöjlig. På ett avstånd av halvvägs från jorden till månen, ett genomsnittligt avstånd mellan jorden och månen är 384 400 km (238 900 miles), kunde en magnetar torka information från magnetränderna på alla kreditkort på jorden . Från och med 2020 är de de mest kraftfulla magnetiska objekten som upptäckts i hela universum.

Som beskrivits i februari 2003 Scientific American cover story, händer anmärkningsvärda saker inom ett magnetfält med magnetisk styrka. " Röntgenfotoner delas lätt i två delar eller smälter samman. Vakuumet i sig är polariserat och blir starkt dubbelbrytande , som en kalcitkristall . Atomer deformeras till långa cylindrar som är tunnare än den kvantrelativistiska de Broglie-våglängden för en elektron." I ett fält på cirka 10 5 tesla deformeras atomorbitaler till stavformer. Vid 10 10 tesla blir en väteatom 200 gånger smalare än dess normala diameter.

Magnetfältens ursprung

Den dominerande teorin om magnetarernas starka fält är att det härrör från en magnetohydrodynamisk dynamoprocess i den turbulenta, extremt täta ledande vätskan som finns innan neutronstjärnan sätter sig i sin jämviktskonfiguration. Dessa fält kvarstår sedan på grund av ihållande strömmar i en proton-supraledarfas av materia som finns på ett mellanliggande djup inom neutronstjärnan (där neutroner dominerar med massa). En liknande magnetohydrodynamisk dynamoprocess producerar ännu mer intensiva transienta fält under koalescens av par av neutronstjärnor. Men en annan teori är att de helt enkelt beror på kollapsen av stjärnor med ovanligt starka magnetfält.

Bildning

Magnetar SGR 1900+14 (bildens mitt) som visar en omgivande ring av gas 7 ljusår tvärs över i infrarött ljus, sett av Spitzer Space Telescope . Magnetaren i sig är inte synlig vid denna våglängd men har setts i röntgenljus.

I en supernova kollapsar en stjärna till en neutronstjärna, och dess magnetfält ökar dramatiskt i styrka genom att bevara det magnetiska flödet . Att halvera en linjär dimension ökar magnetfältets styrka fyrfaldigt. Duncan och Thompson beräknade att när snurrandet, temperaturen och magnetfältet hos en nybildad neutronstjärna faller inom de rätta områdena, kan en dynamomekanism verka, som omvandlar värme och rotationsenergi till magnetisk energi och ökar magnetfältet, normalt redan enorma 10 8 tesla , till mer än 10 11 tesla (eller 10 15 gauss ). Resultatet är en magnetar . Det uppskattas att ungefär en av tio supernovaexplosioner resulterar i en magnetar snarare än en mer standard neutronstjärna eller pulsar .

1979 upptäckt

Den 5 mars 1979, några månader efter det framgångsrika släppet av satelliter i Venus atmosfär , träffades de två obemannade sovjetiska rymdsonderna, Venera 11 och 12 , av en explosion av gammastrålning vid ungefär 10:51 EST. Denna kontakt höjde strålningsavläsningarna på båda sonderna från normala 100 räkningar per sekund till över 200 000 räkningar per sekund, på bara en bråkdel av en millisekund.

Denna explosion av gammastrålar fortsatte snabbt att spridas. Elva sekunder senare mättades Helios 2 , en NASA- sond, som var i omloppsbana runt solen , av strålningsexplosionen. Den träffade snart Venus, och Pioneer Venus Orbiters detektorer övervanns av vågen. Sekunder senare mottog jorden strålningsvågen, där den kraftfulla uteffekten av gammastrålar översvämmade detektorerna från tre amerikanska försvarsdepartementets Vela-satelliter , den sovjetiska Prognoz 7-satelliten och Einstein-observatoriet . Strax innan vågen lämnade solsystemet träffade explosionen också International Sun-Earth Explorer . Denna extremt kraftfulla explosion av gammastrålning utgjorde den starkaste vågen av extrasolar gammastrålar som någonsin upptäckts; den var över 100 gånger mer intensiv än någon känd tidigare extrasol-explosion. Eftersom gammastrålar färdas med ljusets hastighet och tiden för pulsen registrerades av flera avlägsna rymdfarkoster såväl som på jorden, kunde källan till gammastrålningen beräknas med en noggrannhet på cirka 2 bågsekunder . Källans riktning motsvarade resterna av en stjärna som hade blivit supernova omkring 3000 f.Kr. Det var i det stora magellanska molnet och källan hette SGR 0525-66 ; själva evenemanget fick namnet GRB 790305b , den första observerade SGR megaflaren.

Senaste upptäckter

Konstnärens intryck av en gammastrålning och supernova som drivs av en magnetar

Den 21 februari 2008 tillkännagavs att NASA och forskare vid McGill University hade upptäckt en neutronstjärna med egenskaperna hos en radiopulsar som avgav några magnetiskt drivna skurar, som en magnetar. Detta tyder på att magnetarer inte bara är en sällsynt typ av pulsar utan kan vara en (möjligen reversibel) fas i livet för vissa pulsarer. Den 24 september 2008 ESO vad man konstaterade var den första optiskt aktiva magnetkandidaten som hittills upptäckts, med hjälp av ESO:s Very Large Telescope . Det nyupptäckta föremålet betecknades SWIFT J195509+261406. Den 1 september 2014 ESA nyheter om en magnetar nära supernovaresten Kesteven 79 . Astronomer från Europa och Kina upptäckte denna magnetar, som heter 3XMM J185246.6+003317, 2013 genom att titta på bilder som hade tagits 2008 och 2009. 2013 upptäcktes en magnetar PSR J1745−2900, som kretsar runt det svarta hålet Sagittarius A* -systemet. Detta objekt tillhandahåller ett värdefullt verktyg för att studera det joniserade interstellära mediet mot Galaktiskt centrum . År 2018 fastställdes det tillfälliga resultatet av sammanslagningen av två neutronstjärnor vara en hypermassiv magnetar, som strax kollapsade till ett svart hål.

föreslogs en möjlig koppling mellan snabba radioskurar (FRB) och magnetarer, baserat på observationer av SGR 1935+2154 , en trolig magnetar belägen i Vintergatans galax.

Kända magnetarer

Den 27 december 2004 passerade ett utbrott av gammastrålar från SGR 1806−20 genom solsystemet ( konstnärens föreställning visas) . Explosionen var så kraftfull att den hade effekter på jordens atmosfär, vid en räckvidd av cirka 50 000 ljusår .

Från och med juli 2021 är 24 magnetarer kända, med ytterligare sex kandidater som väntar på bekräftelse. En fullständig lista finns i McGill SGR/AXP Online-katalogen. Exempel på kända magnetarer inkluderar:

  • SGR 0525−66 , i det stora magellanska molnet , beläget cirka 163 000 ljusår från jorden, den första som hittades (1979)
  • SGR 1806−20 , belägen 50 000 ljusår från jorden på andra sidan Vintergatan i konstellationen Skytten och det mest magnetiserade objektet som är känt.
  • SGR 1900+14 , belägen 20 000 ljusår bort i stjärnbilden Aquila . Efter en lång period med låga utsläpp (betydande skurar endast 1979 och 1993) blev den aktiv i maj–augusti 1998, och en skur som upptäcktes den 27 augusti 1998 hade tillräcklig kraft för att tvinga NEAR Shoemaker att stänga av för att förhindra skador och mätta instrument på BeppoSAX , WIND och RXTE . Den 29 maj 2008 upptäckte NASA:s Spitzer Space Telescope en ring av materia runt denna magnetar. Man tror att denna ring bildades i 1998 års explosion.
  • SGR 0501+4516 upptäcktes den 22 augusti 2008.
  • 1E 1048.1−5937 , belägen 9 000 ljusår bort i stjärnbilden Carina . Den ursprungliga stjärnan, från vilken magnetaren bildades, hade en massa 30 till 40 gånger solens .
  • Från och med september 2008 rapporterar ESO identifiering av ett objekt som det ursprungligen har identifierat som en magnetar, SWIFT J195509+261406 , ursprungligen identifierat av en gammastrålning (GRB 070610).
  • CXO J164710.2-455216 , belägen i det massiva galaktiska klustret Westerlund 1 , som bildades av en stjärna med en massa på över 40 solmassor.
  • SWIFT J1822.3 Star-1606 upptäcktes den 14 juli 2011 av italienska och spanska forskare från CSIC i Madrid och Katalonien. Denna magnetar har i motsats till förutsägelser ett lågt yttre magnetfält, och den kan vara så ung som en halv miljon år.
  • 3XMM J185246.6+003317, upptäckt av ett internationellt team av astronomer, tittar på data från ESA:s XMM-Newton röntgenteleskop .
  • SGR 1935+2154 , avgav ett par lysande radioskurar den 28 april 2020. Det fanns spekulationer om att dessa kan vara galaktiska exempel på snabba radioskurar .
  • Swift J1818.0-1607, röntgenskur upptäckt mars 2020, är ​​en av fem kända magnetarer som också är radiopulsarer. Vid tidpunkten för upptäckten kan den bara vara 240 år gammal.
Magnetar— SGR J1745-2900
Magnetar-SGR1745-2900-20150515.jpg
Magnetar hittas mycket nära det supermassiva svarta hålet , Sagittarius A* , i mitten av Vintergatans galax

Ljusa supernovor

Ovanligt ljusstarka supernovor tros vara resultatet av mycket stora stjärnors död som parinstabila supernovor (eller pulserande parinstabilitetssupernovor). Ny forskning av astronomer har dock postulerat att energi som frigörs från nybildade magnetarer till de omgivande supernovaresterna kan vara ansvarig för några av de ljusaste supernovorna, som SN 2005ap och SN 2008es.

Se även

Specifika
böcker och litteratur
Allmän

externa länkar

Hämtad från " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Magnetar&oldid=1142229913 "