Изучение магнетара раскрывает новые подробности о космических взрывах

Более 15 лет после открытия быстрых радиовсплесков — космических взрывов электромагнитного излучения миллисекундной длительности — астрономы всего мира прочесывают Вселенную в поисках разгадки того, как и почему они образуются. 

Почти все обнаруженные радиовсплеск возникли в глубоком космосе за пределами нашей галактики Млечный Путь. Так было до апреля 2020 г., когда был обнаружен первый галактический радиовсплеск 20200428. Этот радиовсплеск был порожден магнетаром (SGR J1935+2154) — плотной нейтронной звездой размером с город, обладающей невероятно мощным магнитным полем.

Открытие позволило некоторым предположить, что радиовсплеск, обнаруженные на космологических расстояниях за пределами нашей Галактики, также могут быть порождены магнетарами. Однако «дымящийся пистолет» такого сценария — период вращения, обусловленный спином магнетара, — до сих пор не был обнаружен. Новое исследование SGR J1935+2154 проливает свет на это любопытное несоответствие.

В выпуске журнала Science Advances от 28 июля международная группа ученых, включая астрофизика из Университета Южной Калифорнии Бинга Чжана, сообщает о продолжении наблюдения за SGR J1935+2154 после радиовсплеск в апреле 2020 года и об обнаружении другого космологического явления, известного как фаза радиопульсара, пять месяцев спустя.

Разгадка космологической загадки

В поисках ответов астрономы опираются на мощные радиотелескопы, такие как массивный сферический радиотелескоп с пятисотметровой апертурой (FAST) в Китае, который позволяет отслеживать радиовсплески и другую активность в глубоком космосе. С помощью FAST астрономы обнаружили, что радиовсплеск 20200428 и более поздняя фаза пульсара происходят из разных областей в пределах магнетара, что намекает на их различное происхождение.

FAST обнаружил 795 импульсов за 16,5 часов в течение 13 дней от источника, — говорит Вэйвэй Чжу, ведущий автор статьи из Национальной астрономической обсерватории Китая (NAOC).

Эти импульсы по своим наблюдательным свойствам отличаются от всплесков, наблюдаемых от источника.

Такая дихотомия в режимах излучения из области магнитосферы помогает астрономам понять, как и где возникают радиовсплески и связанные с ними явления в пределах нашей галактики, а также, возможно, и на более далеких космологических расстояниях.

Радиоимпульсы — это космические электромагнитные взрывы, похожие на радиовсплеск, но обычно излучающие с яркостью примерно на 10 порядков меньше, чем радиовсплески. Импульсы обычно наблюдаются не в магнетарах, а в других вращающихся нейтронных звездах, известных как пульсары. По словам Чжана, автора-корреспондента статьи и директора Невадского центра астрофизики, большинство магнетаров не излучают радиоимпульсы большую часть времени, вероятно, из-за их чрезвычайно сильных магнитных полей. Но, как и в случае с SGR J1935+2154, некоторые из них становятся временными радиопульсарами после всплесков активности.

Еще одной чертой, отличающей всплески от импульсов, являются фазы их излучения, т.е. временное окно, в котором происходит радиоизлучение в каждый период излучения.

Как и импульсы в радиопульсарах, импульсы магнетаров излучаются в узком фазовом окне в пределах периода, — говорит Чжан.

Это хорошо известный эффект маяка, когда луч излучения проносится по линии видимости один раз в период и только в течение короткого промежутка времени в каждом периоде. После этого можно наблюдать импульсное радиоизлучение.

По словам Чжана, радиовсплеск от апреля 2020 года и несколько более поздних, менее энергичных всплесков излучались в случайных фазах, не входящих в окно импульса, определенное в фазе пульсара.

Это убедительно свидетельствует о том, что импульсы и всплески исходят из разных мест в магнитосфере магнетара, что, возможно, предполагает различные механизмы излучения импульсов и всплесков, — сказал он.

Последствия для космических радиовсплесков

Столь детальное наблюдение галактического источника радиовсплесков проливает свет на загадочные радиовсплески, преобладающие в космосе.

Многие источники космологических радиовсплесков — тех, что возникают за пределами нашей галактики, — наблюдались неоднократно. В некоторых случаях FAST обнаружил тысячи повторяющихся всплесков от нескольких источников. В прошлом по этим всплескам проводились глубокие поиски периодичности на уровне секунд, и до сих пор никакого периода обнаружено не было.

По мнению Чжана, это ставит под сомнение популярную в прошлом идею о том, что повторяющиеся радиовсплески питаются от магнетаров.

Наше открытие того, что всплески имеют тенденцию генерироваться в случайных фазах, дает естественную интерпретацию необнаружению периодичности в повторяющихся радиовсплесках, — сказал он.

По неизвестным причинам всплески имеют тенденцию излучаться во всех направлениях от магнетара, что делает невозможным определение периодов в источниках радиовсплесков.

30.07.2023