Uuden tyyppinen tähti antaa vihjeitä magnetarien arvoitukselliselle alkuperälle

eso2313fi — Tutkimustiedote 17. elokuuta 2023

Magnetarit ovat maailmankaikkeuden vahvimpia magneetteja. Nämä ovat supertiheitä energiaa tuottamattomia tähtiä, joilla on ultravahvat magneettikentät. Magnetareja on ympäri galaksiamme, mutta tähtitieteilijät eivät tiedä tarkalleen, miten ne muodostuvat. Tutkijat ovat nyt löytäneet yhden aktiivisen tähden, josta todennäköisesti tulee magnetari. Löydössä on käytetty useita teleskooppeja ympäri maailman, mukaan lukien Euroopan eteläisen observatorion ESO:n havaintopaikat. Havainto tarkoittaa uudentyyppisen tähtitieteen kohteen: massiivisten magneettisten heliumtähtien löytämistä. Löytö auttaa myös magnetarien alkuperän selvittämisessä.

 

Taiteilijan näkemys magnetarista ja sen voimakkaasta magneettikentästä. HD 45166 on osa kaksoistähtijärjestelmää. Taustalla on HD 45166:n kumppani, joka on tavallinen sininen tähti. Sen on havaittu kiertävän paljon suuremmalla etäisyydellä kuin aiemmin on raportoitu. Kuva: ESO/L. Calçada

 

Huolimatta siitä, että tähteä HD 45166 on havaittu yli 100 vuoden ajan, sen arvoituksellista toimintaa ei olla kyetty selittämään tavanomaisilla malleilla. Siitä tiedettiin aiemmin vain vähän. Tiedettiin, että se on toinen tähti kaksoistähdessä [1], siinä on runsaasti heliumia ja se on muutama kerta Aurinkoamme massiivisempi.

"Tästä tähdestä tuli pieni pakkomielteeni", sanoi Tomer Shenar, joka on tänään Science-lehdessä julkaistun tähteä koskevan tutkimuksen pääkirjoittaja ja tähtitieteilijä Amsterdamin yliopistossa Alankomaissa. 

"Tomer ja minä puhumme HD 45166:sta 'zombitähtenä' ", sanoi yksi artikkelin kirjoittajista, ja ESO:n tähtitieteilijä Julia Bodensteiner, jonka kotipaikka on Saksassa. "Tämä ei johdu vain siitä, että tämä tähti on niin ainutlaatuinen, vaan myös siitä, että sanoin leikillisesti, että se muuttaa Tomerin zombiksi".

Tutkittuaan aiemmin samanlaisia heliumpitoisia tähtiä Shenar ajatteli, että magneettikentät voisivat olla tärkeässä roolissa. Magneettikenttien tiedetään vaikuttavan tähtien käyttäytymiseen, ja ne voisivat selittää, miksi HD 45166:ta ei olla kyetty kuvaamaan perinteisillä malleilla. Tähti sijaitsee noin 3 000 valovuoden päässä Yksisarvisen tähdistössä. "Muistan Heureka-hetken lukiessani kirjallisuutta: 'Entä jos tähti on magneettinen?', sanoi Shenar, joka toimii tällä hetkellä astrobiologian keskuksessa Madridissa, Espanjassa.

Shenar ja hänen tutkimusryhmänsä päättivät tutkia tähteä useilla tutkimusyksiköillä ympäri maailman. Tärkeimmät havainnot tehtiin helmikuussa 2022 Canada-France-Hawaii-teleskoopilla, jolla voidaan havaita ja mitata magneettikenttiä. Tutkimusryhmä käytti myös ESO:n Chilessä sijaitsevan La Silla observatorion Fiber-Fed Extended Range Optical Spectrograph, eli FEROS-instrumentin arkistoaineistoa.

Kun havainnot oli tehty, Shenar pyysi kolleega Gregg Wadea, Kanadan kuninkaallisen sotakorkeakoulun tähtien magneettikenttien asiantuntijaa, tutkimaan havaintoaineistoa. Waden vastaus vahvisti Shenarin aavistuksen: "Kuule kaveri, olipa tämä mikä tahansa, niin se on ehdottomasti magneettinen".

Shenarin tutkimusryhmä oli havainnut, että tähdellä on uskomattoman voimakas magneettikenttä 4,3 T (Teslaa). Tämän ansiosta HD 45166 on tähän mennessä löydetyistä massiivisista tähdistä kaikkein magneettisin [2]. "Heliumtähden koko pinta on yhtä magneettinen kuin voimakkaimmat ihmisten tekemät magneetit", yksi tutkimuksen tekijöistä Pablo Marchant, tähtitieteilijä KU Leuvenin tähtitieteen instituutista Belgiasta, kertoi. 

Tämä havainto merkitsee ensimmäisen massiivisen magneettisen heliumtähden löytymistä. "On jännittävää löytää uudenlainen tähtitieteen kohde", Shenar sanoi, "varsinkin kun se on periaatteessa ollut näkyvillä koko ajan".

Lisäksi se antaa lisää tietoa magnetarien alkuperästä, joiden magneettikentät ovat vähintään miljardi kertaa vahvempia kuin HD 45166:ssa. Tutkimusryhmän laskelmat viittaavat siihen, että tämä tähti päätyy lopulta magnetariksi. Tähden romahtaessa oman painovoimansa alla sen magneettikenttä vahvistuu, ja tähdestä tulee lopulta hyvin tiheä ydin, jonka magneettikenttä on noin 10 miljoonaa Teslaa tehden siitä maailmankaikkeuden voimakkaimman magneetin.

Shenar ja hänen tutkimusryhmänsä havaitsivat myös, että HD 45166:n massa on aiemmin raportoitua pienempi, noin kaksi kertaa Auringon massainen. Lisäksi sen tähtipari kiertää paljon suuremmalla etäisyydellä kuin aiemmin uskottiin. Heidän tutkimuksensa myös osoittavat, että HD 45166 muodostui kahden pienemmän heliumpitoisen tähden yhdistyessä. "Tuloksemme muokkaavat täysin käsitystämme HD 45166:sta", totesi Bodensteiner lopuksi.

Lisähuomiot

[1] Vaikka HD 45166 on kaksoistähtijärjestelmä, niin tässä tekstissä HD 45166 viittaa vain heliumpitoiseen tähteen, ei molempiin.

[2] 4,3 Teslan vahvuinen magneettikenttä on voimakkain magneettikenttä, joka on koskaan havaittu Chandrasekhar-massarajan ylittävässä tähdessä. Massaraja on kriittinen raja, jonka ylittyessä tähdet saattavat luhistua neutronitähdiksi (magnetarit ovat tietyn tyyppisiä neutronitähtiä).

[3] Tämä tutkimus on esitelty artikkelissa, joka julkaistaan Science-lehdessä

(doi: science.org/doi/10.1126/science.ade3293).