The FAST Globular Cluster Pulsar Survey (GC FANS)
De FAST Globular Cluster Pulsar Survey (GC FANS) rapporteert de ontdekking van 60 pulsars in 14 bolvormige sterrenhopen, inclus_ief recordbrekende binaire systemen en een zeldzame dubbele neutronenster-kandidaat, terwijl het onthult dat de meerderheid van deze clusters populaties van millisecondepulsars herbergt die lijken op die in de Galactische schijf vanwege lagere sterendichtheden.
Oorspronkelijk artikel gelicentieerd onder CC BY 4.0 (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). Dit is een AI-gegenereerde uitleg van het onderstaande artikel. Het is niet geschreven of goedgekeurd door de auteurs. Raadpleeg het oorspronkelijke artikel voor technische nauwkeurigheid. Lees de volledige disclaimer
Diep in de oude, overvolle kernen van bolvormige sterrenhopen — bolvormige verzamelingen van honderdduizenden sterren die al miljarden jaren rond de Melkweg draaien — bevindt zich een verborgen populatie van kosmische vuurtorens. Dit zijn pulsars, de ongelooflijk dichte, snel draaiende resten van massieve sterren die geëxplodeerd zijn. Terwijl de meeste sterren in deze clusters oud en rustig zijn, dwingt de intense zwaartekracht van de kern van de cluster sterren om met elkaar te interageren, waarbij ze elkaar vaak vangen in binaire systemen. In deze nauwe dansen kan een dode ster materiaal onttrekken aan een levende metgezel, waardoor hij zichzelf versnelt tot een rotatiesnelheid van honderden keren per seconde. Deze "gerecyclede" pulsars, bekend als millisecondenpulsars, zijn de meest precieze klokken in het universum. Astronomen vermoedden al lang dat deze clusters er vol mee zouden moeten zijn, maar decennialang waren onze telescopen simpelweg niet gevoelig genoeg om de zwakste signalen van de meest verre of zwakste pulsars op te vangen.
Een team van astronomen heeft dat beeld nu veranderd met behulp van de Five-hundred-meter Aperture Spherical radio Telescope, oftewel FAST, gelegen in China. Dit enorme instrument, de grootste enkele radioschaal in de wereld, heeft een diepe, grondige zoektocht uitgevoerd naar achten-en-veertig globaal zichtbare bolvormige sterrenhopen vanaf zijn locatie. Het resultaat is een dramatische uitbreiding van onze kennis: de survey, bekend als GC FANS, heeft zestig nieuwe pulsars ontdekt in veertien verschillende clusters. Deze enkele inspanning verdubbelt meer dan het aantal bekende pulsars in de noordelijke hemel en onthult dat deze oude sterrenhopen veel diverser en actiever zijn dan voorheen gedacht, met alles van de snelst draaiende pulsars tot de breedste binaire systemen ooit gevonden in dergelijke dichte omgevingen.
De survey was ontworpen om te zoeken naar signalen die eerdere telescopen hadden gemist. Omdat bolvormige sterrenhopen vaak erg ver weg staan, zijn de radiosignalen van hun pulsars ongelooflijk zwak. Door FAST urenlang op de centra van deze clusters te richten, kon het team signalen detecteren die voorheen onzichtbaar waren. Ze ontdekten dat hoewel veel van de nieuwe pulsars inderdaad de verwachte milliseconden-variant zijn, draaiend in minder dan drie tienduizendsten van een seconde, de populatie ook enkele werkelijk bizarre uitschieters bevat. In de cluster bekend als M71, die verrassend ijl is vergeleken met anderen, vond het team een pulsar met een rotatieperiode van 101 milliseconden. Dit object bevindt zich in een sterk elliptische baan met een massieve metgezel, en de totale massa van het systeem suggereert dat het een paar van twee neutronensterren is. Dit is een zeldzame vondst; de meeste dergelijke paren in bolvormige sterrenhopen worden geacht te ontstaan door chaotische, willekeurige botsingen tussen sterren. De eigenschappen van dit specifieke systeem suggereren echter dat het natuurlijk is gevormd uit een massief binair sterrensysteem vroeg in de geschiedenis van de cluster, vergelijkbaar met soortgelijke paren die in de rustigere regio's van ons sterrenstelsel worden gevonden, in plaats van door een gewelddadige ontmoeting.
De ontdekking in M71 leverde ook twee andere opmerkelijke systemen op, M71B en M71C. Dit zijn pulsars die hun metgezellen in ongelooflijk brede lussen omcirkelen, waarbij ze respectievelijk bijna 466 en 378 dagen nodig hebben om één revolutie te voltooien. Dit zijn de breedste binaire pulsarsystemen die ooit in een bolvormige sterrenhoop zijn bekend geworden. In de dichte omgevingen waar deze clusters gewoonlijk voorkomen, zouden zulke brede banen gemakkelijk uit elkaar getrokken moeten worden door de gravitationele ruk van passerende sterren. Het feit dat ze hebben overleefst, suggereert dat M71 een cluster met een lage dichtheid is waar dergelijke destructieve ontmoetingen zeldzaam zijn, waardoor deze delicate, langere-periode systemen miljarden jaren kunnen voortbestaan. Deze bevinding daagt het eenvoudige idee uit dat het aantal pulsars in een cluster uitsluitend afhangt van hoe druk het is met sterren; zelfs in een ijle cluster kunnen de juiste omstandigheden exotische systemen bewaren die elders zouden worden vernietigd.
Naast de exotische uitschieters bevestigde de survey een bredere trend: de pulsars die in deze clusters worden gevonden, lijken vaak op de millisecondenpulsars die in de rustige schijf van ons sterrenstelsel worden gevonden, in plaats van de chaotische, verstoorde systemen die in de dichtste clusters te zien zijn. Dit suggereert dat de binaire sterren in veel clusters vredig evolueren, waarbij de pulsars worden gerecycled zonder door buren te worden verscheurd. Het team heeft ook de precieze timingmetingen bijgewerkt voor verschillende bekende pulsars, waaronder enkele in de clusters M92 en NGC 6712. Deze metingen zijn cruciaal voor het testen van de wetten van de zwaartekracht, aangezien het precieze tikken van deze kosmische klokken subtiele afwijkingen van Einsteins algemene relativiteitstheorie kunnen onthullen. Hoewel er nog geen dergelijke afwijkingen zijn gevonden, biedt de nieuwe data een veel scherpere tool voor toekomstige tests.
Het succes van deze survey onderstreept de kracht van gevoeligheid in de astronomie. Door in staat te zijn om zwakker en verder te kijken, heeft FAST onthuld dat de populatie van pulsars in bolvormige sterrenhopen veel rijker en gevarieerder is dan onze eerdere, minder gevoelige instrumenten konden laten zien. De ontdekking van deze zestig nieuwe pulsars, inclusief de breedste binaire systemen en een potentieel dubbel neutronensterrensysteem dat door natuurlijke evolutie is ontstaan, dwingt astronomen om opnieuw na te denken over hoe deze systemen ontstaan en overleven. Het suggereert dat zelfs in de oudste en meest volle stellaire omgevingen, de natuur een breed scala aan kosmische klokken kan produceren, waarvan sommige bijna de gehele leeftijd van het universum ongestoord hebben getikt. Terwijl het team de data blijft analyseren en hun observaties verfijnt, zullen deze pulsars waarschijnlijk dienen als nog krachtigere sondes voor het begrijpen van de dynamiek van sterrenhopen en de fundamentele wetten van de fysica.
Verdrinkt u in papers in uw vakgebied?
Ontvang dagelijkse digests van de nieuwste papers die bij uw onderzoekswoorden passen — met technische samenvattingen, in uw taal.