Hvordan kan man se forskel på et sort hul og en neutron-stjerne? Sort hul eller ej? Hvordan kan man se forskel på et sort hul og en neutron-stjerne? Søren Brandt, DTU Space

Kompakte objekter Tunge stjerner ender deres korte liv i en supernova eksplosion når stjernens indre kollapser De tunge grundstoffer spredes Der er tre muligheder for ”resterne” i det indre: Neutron-stjerne Sort hul Ingenting (alt spredes) Krabbe-tågen i stjernebilledet Tyren. Supernova i 1054

Neutron-stjerne Radius: ~10 km Masse: ~1.4 solmasser (max 3 solmasser) Tæthed: ~1014 g/cm3 = 100 millioner tons/cm3 (svarende til en isterning på 1 kilometer presset sammen til almindelig lille isterning) Tyngdefelt: ~1011 g 100 milliarder gange jordens tyngdefelt drop et 10 grams lod → 10 kt TNT energi eller energien i atom-bombe Magnetfelt: typisk 108 - 1012 Gauss 100 millioner – 1000 milliarder gange jordens felt

Hvad er et sort hul? Et område af rum-tiden med så kraftigt et tyngdefelt, så intet kan undslippe (selv ikke lys) Hvor findes de sorte huller: ”små” – nogle sol-masser: rester efter supernova eksplosioner i dobbelt-stjerne systmer ”store” – millioner eller milliarder af solmasser: galakse-centre (inklusive Mælkevejen) Schwarzschild radius (point of no return): ~3 km x M/MSol ~ 8 mm for jorden

Hvordan kan man ”se” et sort hul eller en neutron-stjerne? I dobbelt-stjerne systemer kan stof falde ned i ”hullet” eller på neutron-stjernen. Tyngde-energien varmer stoffet op til (10 000 000 Kelvin) Röntgen-glødende temperaturer i en ”opsamlings-skive”.

Neutron-stjerne vs. Sort hul Masse ~1.4 Msol >3 Msol ”radius” 10 km ~10-50 km Magnetfelt (typisk) 108-1012 G nej Fast overflade ja

Neutron-stjerne eller Sort hul?? Måle massen (men det er ikke så nemt) Forskelle i energi-spektrum og tidsvariationer i Röntgen-området (foretrukket metode, men model-afhængigt) Magnetfelt kan give regulære pulsationer når det kompakte objekt roterer (sikker metode → neutron-stjerne) Type I X-ray bursts (= kerne-eksplosion på overfladen) (sikker metode → neutron-stjerne)

Type I X-ray bursts Stof (brint og/eller helium) opsamles på neutron-stjernens overflade Under særlige omstændigheder detonerer dette H og He i enorm kerne-eksplosion Karakteristisk burst i Röntgen området Almindeligt på nogle neutron-stjerner (nu mere end 80 kendte burstere) Type I X-ray burst fra X1812-12 observeret med JEM-X (100 sekunders data)

Eksempel: XTE J1739-285 Transient Røntgen-kilde opdaget i 1999 af NASA’s XTE satellit Dobbelt system med almindelig stjerne og kompakt objekt: neutron-stjerne eller sort hul? Røntgen-udbrud i 1999, 2001, 2003, 2005 2005 aktivitet observeret med INTEGRAL Ses i retning nær Mælkevejens centrum → afstand cirka 50 000 lysår

JEM-X opdagede et burst 4/10 2005 1 minut

13 type I X-ray bursts fra XTE J1739-285 set med JEM-X 100 c/s 1 minut 1 minut 13 type I X-ray bursts fra XTE J1739-285 set med JEM-X 100 c/s

JEM-X mosaik-billede af 13 bursts fra XTE J1739-285 (total cirka 200 sek data) Mælkevejens Centrum 1 grad

Mosaik-billede af 13 bursts fra XTE J1739-285 (zoom) 0.1 grad Position for den konstante kilde fra NASA’s Swift

Konklusion Eksempel på den videnskabelige metode: man kan ikke bevise en teori, kun modbevise den Hold øjnene åbne: hvis man IKKE observerer bliver man IKKE klogere (selvom det modsatte desværre ikke altid er tilfældet) XTE J1739-285 indeholder en neutron-stjerne, IKKE et sort hul (nummer 80 på listen over neutron-stjerner, der er X-ray burstere) Bortset fra det ... så er INTEGRAL satellitten godkendt af ESA frem til December 2012 (så vi holder røntgen-øjnene åbne på DTU Space)