Illustrationen viser, hvordan en tung neutronstjerne trækker materiale fra en større, men lettere 'følge'-stjerne i Mælkevejen. (Illustration: NASA)

DTU hjælper med kortlægning af vilde eksplosioner i rummet

fredag 14 aug 20

Kontakt

Jérôme Chenevez
Lektor
DTU Space
45 25 97 03

Et internationalt samarbejde

Den videnskabelige artikel om de mange observationer af eksplosioner på neutronstjerner i Mælkevejen og databasen med informationer om dem er et resultat af et internationalt samarbejde, som foruden primært DTU Space, Monash University i Australien og det hollandske Netherlands Institute for Space Research, også involverer forskere ved University of Amsterdam i Holland, Leibniz-Institut für Astrophysik i Tyskland og University of Maryland i USA samt ESA-organisationerne ESAC and ESTEC.

 

DTU-forskere har bidraget til et studie af over 200.000 observationer af termonukleare eksplosioner på neutronstjerner i Mælkevejen, som nu er samlet i verdens største database inden for feltet. Studiet kan give ny viden om grundstofdannelse.

Data indsamlet i rummet gennem flere årtier ved hjælp af røntgen-teleskoper er nu blevet til en videnskabelig artikel og en kæmpe database, som forskere kan bruge til at forske i, hvad der sker på ekstremt tunge neutronstjerner i rummet, når de interagerer med stjerner i stil med solen.

Når de to forskellige typer af stjerner kredser om hinanden med stor hastighed, trækkes der stof fra den sol-lignende stjerne ind mod neutronstjernen.

Denne proces udløser meget kraftige udbrud i form af eksplosioner på overfladen af neutronstjernen. Det er samme mekanismer, som i en brintbombe, der er på spil. Så det er store kræfter, og den slags begivenheder kan registreres, fordi de udsender røntgenstråler, som kan opfanges med teleskoper i rummet.

”Fænomenet finder især sted inde midt i Mælkevejen omkring 35.000 lysår borte. Det er hændelser, der fandt sted for 35.000 år siden, vi registrerer. Det er spændende, fordi det er et af de steder i universet, der dannes grundstoffer, altså det materiale som vores solsystem består af,” siger lektor på DTU Space, Jérôme Chenevez, som sammen med internationale kolleger har bidraget til studiet.

Resultaterne er netop offentliggjort i det videnskabelige tidsskrift Astrophysical Journal Supplements.

Kan muligvis give ny viden om grundstoffers tilblivelse

”Det er faktisk i nogen grad det samme, der sker her, som ved et sort hul: Neutronstjernen akkumulerer stof fra omgivelserne på grund af dens ekstreme tyngdefelt,” fortæller Jérôme Chenevez.

"De her store datasæt giver nye spændende muligheder for andre forskere, der vil undersøge fænomenet og lære mere om neutronstjerner"
Jérôme Chenevez, lektor på DTU Space

”Men forskellen er, at hvis det var et sort hul, ville vi ikke kunne se det ske, fordi materialet ville forsvinde ind i det. Her sker det på overfladen af stjernen, og så kan vi undersøge, hvad der sker”.

Mens neutronstjernen kan være blot 10-20 km i diameter, er den tungere end solen og dermed langt tungere end sin omgivende ’følge’-stjerne. 

Det skyldes, at neutronstjernen er den sidste rest af en stjerne, hvor alt det ydre er blæst væk i en supernova, mens den indre del har samlet sig til en ekstremt massiv og tung kerne.

Hydrogen og helium på overfladen af neutronstjernen interagerer.

Og i den forbindelse opstår de termo-nukleare eksplosioner. Ved denne hændelse sendes detektérbare røntgenstråler gennem universet, som varer mellem 10 og 100 sekunder. Røntgenstrålerne kan registreres med teleskoper i rummet. 

”En af de store ting, vi forsøger at finde ud af, er, om der i disse hændelser dannes nogle af de grundstoffer, vores solsystem består af. Det mener vi, kan være tilfældet, det er noget af det, vi gerne vil finde svar på,” siger Jérôme Chenevez.

Baseret på over 200.000 observationer

I alt er der analyseret over 200.000 observationer for at finde cirka 7.000 hændelser, som stammer fra 85 kilder til udbrud, dvs. en betydelig del af de ca. hundrede kendte stjerne-systemer, hvor en tung neutronstjerne og en større, men lettere stjerne kredser om hinanden.

Det omfattende datasæt, der beskrives i den videnskabelige artikel, er også lagt ud i en web-baseret database, som andre forskere frit kan tilgå. Data bruges allerede. Men nu får flere forskere adgang til eksempelvis at sammenligne og kategorisere de ekstreme begivenheder og få ny viden om blandt andet, hvordan grundstofferne i vores solsystem kan være dannet. De mange data kan også bruges til at bestemme neutronstjernernes størrelse og masse mere præcist.

“Nogle af aspekterne omkring de her voldsomme udbrud har vi god viden om, men ikke alle,” siger Jérôme Chenevez.

”De her store datasæt giver nye spændende muligheder for andre forskere, der vil undersøge fænomenet og lære mere om neutronstjerner.”

En unik ressource for forskere

Det er forskere fra Monash University i Australien, der har stået i spidsen for projektet i samarbejde med DTU Space og det hollandske Netherlands Institute for Space Research. Desuden har forskere fra den europæiske rumfartsorganisation ESA samt institutioner i Tyskland, Spanien og USA bidraget til arbejdet.

“Disse hændelser udgør de mest udbredte termo-nukleare eksplosioner i universet, og de finder sted med få timers mellemrum i de mest aktive tilfælde," fortæller associate professor Duncan Galloway fra det australske Monash University School of Physics and Astronomy, som har stået i spidsen for arbejdet og er hovedforfatter til artiklen i Astrophysical Journal Supplements.

Ved at få data fra processen i rummet via røntgenstrålingen kan disse udbrud blandt andet sammenlignes med modelforsøg på Jorden og gøre dem mere præcise i deres forudsigelser af, hvad der sker derude.

“Forskere kan reproducere nogle af disse reaktioner i laboratorier her på Jorden, men ikke alle, og det gør vores modeller mere usikre,” siger Duncan Galloway.

Det nye studie udgør en unik ressource i arbejdet med fremtidig forskning i neutronstjerner, både i forhold til at gøre nye opdagelser i disse data og til via computermodellering at opnå bedre simulering af de forbrændingsprocesser, der finder sted under de voldsomme hændelser.

“Vi er et lille hold forskere uden direkte funding til projektet, så det har taget os mere end ti år at samle det her materiale,” siger Jean Zand fra Space Research Organisation of the Netherlands, som også er blandt hovedbidragyderne til studiet.

"Og vi er rigtigt glade for, at vi har kunnet fuldføre opgaven."

Relaterede Videoer  

video thumbnail image

video thumbnail image

video thumbnail image

video thumbnail image

Vis flere