Необычный импульс, обнаруженный в космосе, может быть совершенно новым классом звездных объектов

Открытие нейтронной звезды, излучающей необычные радиосигналы, переписывает наше представление об этих уникальных звездных системах.

Мы с коллегами (команда MeerTRAP) сделали это открытие, наблюдая за областью Vela-X 1 Млечного Пути на расстоянии около 1300 световых лет от Земли с помощью радиотелескопа MeerKAT в Южной Африке. Мы заметили странного вида вспышку или "импульс", который длился около 300 миллисекунд.

Вспышка имела некоторые характеристики радиоизлучающей нейтронной звезды. Но это не было похоже на то, что мы видели раньше.

Заинтригованные, мы просмотрели более старые данные из этого региона в надежде найти подобные импульсы. Интересно, что мы обнаружили больше таких импульсов, которые ранее были пропущены нашей системой обнаружения импульсов в реальном времени (поскольку мы обычно ищем импульсы длительностью около 20-30 миллисекунд).

Быстрый анализ времени прихода импульсов показал, что они повторяются примерно каждые 76 секунд - в то время как большинство импульсов нейтронных звезд проходят через несколько секунд или даже миллисекунд.

Наши наблюдения показали, что PSR J0941-4046 имеет некоторые характеристики "пульсара" или даже "магнетара". Пульсары - это чрезвычайно плотные остатки распавшихся гигантских звезд, которые обычно излучают радиоволны со своих полюсов.

Когда они вращаются, радиоимпульсы могут быть измерены с Земли, подобно тому, как вы видите периодически вспыхивающий вдали маяк.

Однако самый длинный период вращения пульсара, известный до этого, составлял 23,5 секунды, что означает, что мы, возможно, нашли совершенно новый класс радиоизлучающих объектов. Наши результаты опубликованы сегодня в журнале Nature Astronomy.

Аномалия среди нейтронных звезд?

Используя все доступные нам данные проектов MeerTRAP и ThunderKAT на MeerKAT, нам удалось определить положение объекта с превосходной точностью. После этого мы провели более чувствительные последующие наблюдения для изучения источника импульсов.

Недавно открытый объект, названный PSR J0941-4046, представляет собой необычную радиоизлучающую галактическую нейтронную звезду, которая вращается чрезвычайно медленно по сравнению с другими пульсарами. Частота пульсаров невероятно постоянна, и наши последующие наблюдения позволили нам предсказать время прихода каждого импульса с точностью до 100-миллионной доли секунды.

Помимо неожиданной частоты пульсаций, PSR J0941-4046 уникален еще и тем, что находится на "кладбище" нейтронных звезд. Это область космоса, где мы не ожидаем обнаружить никакого радиоизлучения, поскольку считается, что нейтронные звезды здесь находятся в конце своего жизненного цикла и поэтому не активны (или менее активны).

PSR J0941-4046 бросает вызов нашему пониманию того, как рождаются и эволюционируют нейтронные звезды.

Она также интересна тем, что производит, по крайней мере, семь различных по форме импульсов, в то время как большинство нейтронных звезд не демонстрируют такого разнообразия. Такое разнообразие форм импульсов, а также их интенсивность, вероятно, связаны с неизвестным физическим механизмом излучения объекта.

Один конкретный тип импульсов имеет ярко выраженную "квазипериодическую" структуру, что позволяет предположить, что радиоизлучение вызвано какими-то колебаниями. Эти импульсы могут дать нам ценную информацию о внутреннем устройстве PSR J0941-4046.

Эти квазипериодические импульсы имеют некоторое сходство с загадочными быстрыми радиовсплесками, которые представляют собой короткие радиовсплески неизвестного происхождения. Однако пока неясно, излучает ли PSR J0941-4046 энергию, которая наблюдается в быстрых радиовсплесках. Если мы обнаружим, что это так, то может оказаться, что PSR J0941-4046 является "магнетаром со сверхдлинным периодом".

Магнетары - это нейтронные звезды с очень мощными магнитными полями, из которых известно лишь несколько, излучающих в радиочасти спектра. Хотя мы еще не обнаружили магнетара со сверхдлинным периодом, предполагается, что они являются возможным источником быстрых радиовсплесков.

Краткие встречи

Неизвестно, как долго PSR J0941-4046 была активна и излучала в радиодиапазоне, поскольку радиообзоры обычно не ищут такие длительные периоды.

Мы не знаем, сколько таких источников может существовать в галактике. Кроме того, мы можем обнаружить радиоизлучение от PSR J0941-4046 только в течение 0,5 процента периода ее вращения - таким образом, она видна нам лишь в течение доли секунды. Это большая удача, что нам удалось обнаружить его с самого начала.

Обнаружение подобных источников является сложной задачей, что подразумевает, что может существовать более крупная необнаруженная популяция, ожидающая своего открытия. Наша находка также увеличивает вероятность появления нового класса радиопереходных объектов: нейтронных звезд со сверхдлинным периодом.

Будущие поиски подобных объектов будут жизненно важны для нашего понимания популяции нейтронных звезд. Беседа

Маниша Калеб, преподаватель, Сиднейский университет.