Получены гамма-лучи от нейтронной звезды, вращающейся 707 раз в секунду

Международная исследовательская группа во главе с Институтом гравитационной физики им. Макса Планка (Институт Альберта Эйнштейна; AEI) в Ганновере обнаружила, что радиопульсар J0952-0607 испускает импульсное гамма-излучение. J0952-0607 вращается 707 раз в секунду и является вторым в списке быстро вращающихся нейтронных звезд. Анализируя данные космического телескопа гамма-излучения Ферми НАСА за 8,5 лет, радионаблюдения LOFAR за последние два года, наблюдения с двух больших оптических телескопов и данные гравитационных волн с детекторов LIGO, команда использовала углубленный подход к изучению бинарной системы пульсара и его облегченного спутника в деталях. Их исследование опубликовано в Астрофизическом журнале показывает, что несмотря на большой объем анализа, возникают новые вопросы об этой системе, оставшиеся без ответа.

Пульсары - это компактные остатки звездных взрывов, которые имеют сильные магнитные поля и быстро вращаются. Они испускают излучение подобно космическому маяку и могут наблюдаться как радиопульсары и / или пульсары гамма-излучения в зависимости от их ориентации на Землю.

PSR J0952-0607 (название обозначает положение на небе) был впервые обнаружен в 2017 году с помощью радионаблюдений источника, идентифицированного космическим гамма-телескопом Ферми как возможный пульсар. Пульсаций гамма-лучей в данных с телескопа обнаружено не было. Дальнейшие наблюдения с помощью радиотелескопа LOFAR выявили пульсирующий радиоисточник и - вместе с наблюдениями с оптического телескопа - позволили измерить некоторые свойства пульсара. Он вращается вокруг общего центра масс за 6,2 часа со звездой-компаньоном, которая весит всего лишь пятидесятую часть нашего Солнца. Пульсар вращается 707 раз в секунду и поэтому является самым быстровращающимся в нашей Галактике.

Используя эту предварительную информацию о бинарной системе пульсаров, Ларс Недер, доктор философии AEI в Ганновере отправился посмотреть, испускает ли пульсар также импульсные гамма-лучи. «Этот поиск чрезвычайно сложен, потому что гамма-телескоп Ферми зарегистрировал только около 200 гамма-лучей от слабого пульсара за 8,5 лет наблюдений. За это время сам пульсар совершил 220 миллиардов оборотов. Другими словами, только один раз в каждом миллиарде вращений наблюдался гамма-луч! - объясняет Недер.

Исследование требует анализа данных с очень хорошим разрешением, чтобы не пропустить возможные сигналы. Требуемая вычислительная мощность огромна. Очень чувствительный поиск слабых гамма-пульсаций занял бы 24 года на одном ядре компьютера. Используя компьютерный кластер Atlas в AEI Hannover, он закончился всего за 2 дня.

Команда также использовала наблюдения с помощью телескопа ESO в Ла-Силла и Гран-Телескопио-Канария на Ла-Пальма для изучения спутника-пульсара. Скорее всего, он приливно привязан к пульсару, как Луна с Землей, так что одна сторона всегда обращена к пульсару и нагревается его излучением. В то время как спутник вращается вокруг центра масс бинарной системы, его горячая «дневная» сторона и более холодная «ночная» сторона видны с Земли, и наблюдаемая яркость и цвет варьируются.

Эти наблюдения создают еще одну загадку. В то время как радионаблюдения указывают на расстояние примерно 4 400 световых лет от пульсара, оптические наблюдения предполагают расстояние примерно в три раза больше. Если бы система была относительно близка к Земле, она имела бы никогда ранее не встречавшийся чрезвычайно малый спутник высокой плотности, в то время как большие расстояния совместимы с плотностями известных подобных спутников-пульсаров. Объяснением этого несоответствия может быть наличие ударных волн частиц от пульсара, что может привести к другому нагреву спутника. Дополнительные наблюдения гамма-лучей с наблюдениями Fermi LAT должны помочь ответить на этот вопрос.

Другая группа исследователей из AEI в Ганновере искала излучение гравитационных волн от пульсара, используя данные LIGO из первого (O1) и второго (O2) наблюдательного цикла. Пульсары могут излучать гравитационные волны, когда они имеют неровности своей поверхности. Поиск не обнаружил каких-либо гравитационных волн, а это означает, что форма пульсара должна быть очень близка к идеальной сфере с наибольшими выпуклостями, составляющими менее доли миллиметра.

Понимание быстро вращающихся пульсаров важно, потому что они являются зондами экстремальной физики. Миллисекундные пульсары, такие как J0952-0607, вращаются так быстро, потому что они раскручивались при аккреции вещества от своего спутника. Предполагается, что этот процесс похоронит магнитное поле пульсара. С помощью долгосрочных наблюдений за гамма-излучением исследовательская группа показала, что J0952-0607 имеет одно из десяти самых низких магнитных полей, когда-либо измеренных для пульсара, что согласуется с ожиданиями теории.

«Мы будем продолжать изучать эту систему с помощью гамма-, радио- и оптических обсерваторий, поскольку по-прежнему остается множество нерешенных вопросов. Это открытие также еще раз показывает, что экстремальные пульсарные системы скрываются в каталоге Fermi LAT», - говорит профессор Брюс Аллен. Доктор философии Nieder руководитель и директор AEI Ганновер. «Мы также используем наш гражданский проект распределенных вычислений Einstein @ Home для поиска бинарных гамма- пульсарных систем в других источниках Fermi LAT и уверены, что сделаем более захватывающие открытия в будущем».