Sjældent kæmpeudbrud fra neutronstjerne fanget af europæisk rumteleskop

Et sjældent kæmpeudbrud i en fremmed galakse er blevet opfanget af det europæiske rumteleskop Integral.

Teleskopet har nemlig registreret et såkaldt gammaglimt – en kortvarig, men ekstrem kraftig udladning af gammastråling.

»Vi har observeret et særligt gammaglimt fra en anden galakse end vores egen – et gammaglimt, der stammer fra en neutronstjerne med et meget stærkt magnetfelt, en såkaldt magnetar. Det er første gang, det er sket,« siger Jérôme Chenevez, der er lektor i astrofysik på Institut for Rumforskning og Rumteknologi på Danmarks Tekniske Universitet, i daglig tale DTU Space.

Forskere fra DTU Space har leveret et af instrumenterne til Integral, og Jérôme Chenevez har været med til at analysere dataene fra rumteleskopet. Derfor er han medforfatter til den videnskabelige artikel om kæmpeudbruddet, der netop er publiceret i det anerkendte videnskabelige tidsskrift Nature.

Unge neutronstjerner kan have et stærkt magnetfelt

En neutronstjerne er resterne af en udbrændt stjerne, der er kollapset og derefter eksploderet som en supernova.

Kun store stjerner, der er mindst otte gange så tunge som Solen, eksploderer som supernovaer. De allerstørste efterlader et sort hul, men de fleste ender som en neutronstjerne. Neutronstjerner har en diameter på 20-25 km, så de er omtrent på størrelse med en storby, men har en masse større end Solen.

Nogle af neutronstjernerne – cirka en procent af dem – skiller sig ud ved at have et ekstremt stærkt magnetfelt. De kaldes magnetarer.

Astrofysikerne mener, at magnetarer må være unge neutronstjerner, idet magnetfeltet svækkes med tiden – altså unge i astronomisk sammenhæng, så de kan sagtens være millioner (men ikke milliarder) af år gamle.

Magnetarer er sjældne

Forskerne har ikke helt tjek på, hvad der præcis sker ved et kæmpeudbrud, men de mener, at det må have at gøre med neutronstjernens kraftige magnetfelt. Energiudladningen skyldes sandsynligvis, at magnetfeltet pludselig ændres på grund af et stjerneskælv – en slags jordskælv, bare på neutronstjerner.

Et kæmpeudbrud fra en magnetar kan dermed beskrives som en krampetrækning fra en nyligt afdød kæmpestjerne. Magnetarer er sjældne, og der er langt imellem kæmpeudbrud fra dem.

Der er blot fundet 30 magnetarer i Mælkevejen og omkringliggende dværggalakser, og kun tre af dem har haft kæmpeudbrud i de fem årtier, astronomerne har været i stand til at registrere dem.

Astronomerne regner med, at magnetarer i andre galakser også har kæmpeudbrud ind imellem – de har bare været svære at detektere. Men nu er det altså lykkedes at opfange gammastråling, der med stor sandsynlighed kommer fra en magnetar i galaksen M82 – en fremmed galakse, som befinder sig cirka 12 millioner lysår herfra.

»Vi har nu fået bevis for, at det, vi hidtil kun har observeret i vores egen galakse, også kan forekomme i andre galakser,« som Jérôme Chenevez siger det.

Ultrakort glimt blev fanget af rumteleskoper

Gammaglimtet nåede frem til Jorden 15. november 2023 og blev opfanget af Integral, der netop er designet til at registrere gammastråling. Det blev også registreret af det amerikanske rumteleskop Fermi.

Denne form for elektromagnetisk stråling kan ikke trænge igennem Jordens atmosfære, så det er nødvendigt med rumteleskopet, hvis gammaglimt skal måles.

Med data fra Integral er det muligt ganske præcist at udpege det område på himlen, hvor gammaglimtet kom fra. Derfor er forskerne ret sikre på, at det var en magnetar i galaksen M82, der var kilden til glimtet.

Ingen tyngdebølger styrker mistanken

Gammaglimtet varede kun 93 millisekunder, altså mindre end en tiendedel af et sekund.

Både varigheden og energien af gammaglimtet passer med, at det kom fra et kæmpeudbrud fra en magnetar i M82.

»Et så kort gammaglimt må enten komme fra to neutronstjerner, der smelter sammen, eller fra en magnetar. Men hvis det var fra sammenstødet mellem to neutronstjerner, ville vi også have registreret tyngdebølger, og det gjorde vi ikke,« fortæller Jérôme Chenevez.

Og den konklusion giver god mening, siger professor Johan Fynbo fra Niels Bohr Institutet ved Københavns Universitet, der er ekspert i gammaglimt:

»Fraværet af et tyngdebølgesignal er et udmærket argument for, at gammaglimtet ikke kom fra et neutronstjernesammenstød i M82,« siger han.

Men han uddyber, at man ikke kan være helt sikker:

»Positionen er ikke målt særligt præcist. Så det kunne jo være, at gammaglimtet ikke kommer fra M82. Det kunne i princippet være fra et fjernt neutronstjernesammenstød fra et sted bag galaksen, hvor det ikke er lykkedes at opfange tyngdebølger.«

Særlig galakse producerer mange nye stjerner

På grund af sin form kaldes M82 også for cigar-galaksen. I virkeligheden er den ikke cigarformet, men nærmere en spiralgalakse a la Mælkevejen. Herfra ser vi den bare fra siden, hvilket får den til at se aflang ud.

M82 er kendt for at være en hyperaktiv galakse, hvor der er fuld knald på dannelsen af nye stjerner. Det giver god mening, at magnetaren er fundet i sådan en galakse, for jo flere store stjerner, der bliver dannet, desto flere er der også, der brænder ud, eksploderer og efterlader magnetarer.

Observationen kan hjælpe astrofysikerne med at blive klogere på magnetarer, og den giver et hint om, hvor det er smart at lede efter dem, nemlig i de såkaldte starburst-galakser som M82.