Magneter: Neutronstjärnor med ett spark

Neutron stjärnor är konstiga, gåtfulla föremål där ute i galaxen. De har studerats i decennier eftersom astronomer får bättre instrument som kan observera dem. Tänk på en siverande, solid boll av neutroner som krossade tätt ihop till ett utrymme på en stads storlek.

En klass av neutronstjärnor i synnerhet är mycket spännande; de kallas "magnetar". Namnet kommer från vad de är: föremål med extremt kraftfulla magnetfält. Medan normala neutronstjärnor själva har otroligt starka magnetfält (i storleksordningen 10)¹² Gauss, för er som gillar att hålla reda på dessa saker) är magnetar många gånger kraftigare. De mest kraftfulla kan vara uppåt av en TRILLION Gauss! Som jämförelse är solens magnetfältstyrka cirka 1 Gauss; den genomsnittliga fältstyrkan på jorden är en halv Gauss. (En Gauss är den måttenhet som forskare använder för att beskriva styrkan hos ett magnetfält.)

Så, hur bildas magnetar? Det börjar med en neutronstjärna. Dessa skapas när en massiv stjärna tar slut med vätebränsle för att bränna i sin kärna. Så småningom förlorar stjärnan sitt yttre kuvert och kollapsar. Resultatet är

Under supernovaen kommer kärnan i en supermassiv stjärna att pressas ner i en boll endast cirka 40 kilometer. Under den sista katastrofala explosionen kollapsar kärnan ännu mer, vilket gör en otroligt tät boll med en diameter på cirka 20 km eller 12 miles.

Det otroliga trycket gör att vätekärnor absorberar elektroner och släpper neutrino. Det som finns kvar efter att kärnan är genom att kollapsa är en massa neutroner (som är komponenter i en atomkärna) med otroligt hög tyngdkraft och ett mycket starkt magnetfält.

För att få en magnet, behöver du något olika förhållanden under den stjärna kärnans kollaps, vilket skapar den slutliga kärnan som roterar mycket långsamt, men som också har ett mycket starkare magnetfält.

Ett par dussin kända magnetar har observerats och andra möjliga studeras fortfarande. Bland de närmaste är en upptäckt i ett stjärnkluster omkring 16 000 ljusår bort från oss. Klustret kallas Westerlund 1 och innehåller några av de mest massiva huvudsekvensstjärnorna i universum. Några av dessa jättar är så stora att atmosfären skulle nå Saturnus omloppsbana, och många är lika lysande som en miljon solar.

Stjärnorna i detta kluster är ganska extraordinära. Med alla av dem 30 till 40 gånger solens massa, gör det också klustret ganska ungt. (Mer massiva stjärnor åldras snabbare.) Men detta innebär också att stjärnor som redan har lämnat huvudsekvens innehöll minst 35 solmassor. Detta i sig är inte en häpnadsväckande upptäckt, men den efterföljande upptäckten av en magnetar mitt i Westerlund 1 skickade skakningar genom astronomiens värld.

Konventionellt bildas neutronstjärnor (och därför magnetar) när en 10 - 25 solmassastjärna lämnar huvudsekvensen och dör i en massiv supernova. Men med alla stjärnorna i Westerlund 1 som har bildats nästan samtidigt (och med tanke på massan är nyckelfaktorn i åldrandet) den ursprungliga stjärnan måste ha varit större än 40 solenergi massor.

Det är inte klart varför denna stjärna inte kollapsade i ett svart hål. En möjlighet är att kanske magnetar bildas på ett helt annat sätt än normala neutronstjärnor. Kanske var det en följeslagare som interagerade med den utvecklande stjärnan, vilket fick den att spendera mycket av sin energi för tidigt. Mycket av föremålets massa kan ha undkommit och lämnat för lite efter för att utvecklas till ett svart hål. Det finns dock ingen följeslagare. Självklart skulle följeslagaren kunna ha förstörts under de energiska interaktionerna med magnetens förfäder. Det är uppenbart att astronomer behöver studera dessa föremål för att förstå mer om dem och hur de bildas.

Men en magnetar är född, dess otroligt kraftfulla magnetfält är dess mest definierande egenskap. Även på avstånd på 600 mil från en magnet, skulle fältstyrkan vara så stor att bokstavligen riva mänsklig vävnad isär. Om magnetaren svävade halvvägs mellan jorden och månen, skulle dess magnetfält vara tillräckligt starkt för att lyfta metallföremål som pennor eller gem från dina fickor, och avmagnetiserar alla kreditkort på Jorden. Det är inte allt. Strålningsmiljön runt dem skulle vara oerhört farlig. Dessa magnetfält är så kraftfulla att acceleration av partiklar lätt produceras röntgenutsläpp och gammastråle fotoner, det högsta energiljuset i universum.

Redigerad och uppdaterad av Carolyn Collins Petersen.