Большинство нейтронных звезд вращаются быстро, совершая оборот за секунды или даже доли секунды. Но астрономы нашли ту, которая не торопится и совершает оборот за 54 минуты. Что заставляет этот странный объект вращаться так медленно?
Когда массивная звезда-сверхгигант взрывается как сверхновая, она оставляет после себя коллапс ядра. Чрезвычайное давление заставляет протоны и электроны объединяться в нейтроны. Поскольку они почти полностью состоят из нейтронов, мы называем их нейтронными звездами. Эти звездные остатки чрезвычайно малы и чрезвычайно плотны. Только черные дыры имеют большую плотность.
Из-за сохранения углового момента нейтронные звезды начинают быстро вращаться, часто вращаясь со скоростью несколько сотен раз в секунду. Астрономы обнаружили более 3000 радиоизлучающих нейтронных звезд, и из них лишь очень небольшое количество медленно вращается.
Обычно мы обнаруживаем нейтронные звезды по их электромагнитному излучению и называем их пульсарами. Астрофизики также называют те, у кого медленное вращение, долгопериодическими радиотранзиентами. Существует неопределенность в отношении их медленных скоростей вращения и того, являются ли они вообще нейтронными звездами, и последняя обнаруженная звезда не помогает устранить неопределенность.
В новом исследовании журнала Nature Astronomy группа исследователей представила открытие ASKAP J1935+2148, долгопериодического радиопереходного явления, находящегося на расстоянии около 16 000 световых лет от Земли. Статья называется «Радиопереходный процесс с переключением состояний излучения и периодом 54 минуты». Ведущий автор — доктор Маниша Калеб из Сиднейского университета в Австралии.
«Долгопериодические радиотранзиенты — это новый класс экстремальных астрофизических событий, из которых известны только три», — пишут авторы статьи. «Эти объекты излучают сильно поляризованные когерентные импульсы длительностью обычно от нескольких десятков секунд до нескольких минут или примерно часов».
Исследователи предложили разные объяснения этим долгопериодическим объектам, включая высокомагнитные белые карлики и сильномагнитные нейтронные звезды, называемые магнетарами. Но исследовательское сообщество не пришло к единому мнению.
ASKAP J1935+2148 имеет чрезвычайно длительный период — 53,8 минуты и три различных состояния излучения. Его яркое импульсное состояние длится от 10 до 50 секунд, а более слабое импульсное состояние, в 26 раз тусклее, длится около 370 миллисекунд. Он также демонстрирует так называемое «замороженное состояние» без импульсов.
Астрономы обнаружили загадочный объект случайно во время наблюдения несвязанного гамма-всплеска с помощью австралийского телескопа Pathfinder Square Kilometer Array Pathfinder (ASKAP) в октябре 2022 года. Наблюдения выявили яркие импульсы радиоизлучения ASKAP J1935+2148. Примерно за шесть часов наблюдений объект испустил четыре ярких импульса длительностью от 10 до 50 секунд. Осмотр кривой блеска и последующие наблюдения с помощью радиотелескопа MeerKAT выявили всю картину пульсации объекта.
«Это открытие основано на сочетании дополнительных возможностей телескопов ASKAP и MeerKAT, а также на способности искать эти объекты в течение нескольких минут, одновременно изучая, как их излучение меняется от секунды к секунде! Такая синергия позволяет нам пролить новый свет на то, как развиваются эти компактные объекты», — сказал доктор Каустуб Раджваде, соавтор статьи и астроном из Оксфордского университета.
Три состояния излучения, каждое из которых отличается от других, озадачивают. Исследователям нужно было убедиться, что каждый сигнал из каждого штата исходит из одной и той же точки неба. Тот факт, что каждый сигнал имел одинаковое время прибытия (TOA), как определено наблюдениями ASKAP и MeerKAT, указывает на один источник.
«Что интригует, так это то, что этот объект демонстрирует три различных состояния излучения, каждое из которых имеет свойства, совершенно отличающиеся от других. Радиотелескоп MeerKAT в Южной Африке сыграл решающую роль в различении этих состояний. Если бы сигналы не исходили из одной и той же точки неба, мы бы не поверили, что это один и тот же объект, производящий разные сигналы».
ASKAP обнаружил сильный и яркий импульсный режим объекта, а MeerKAT обнаружил его более слабый и слабый импульсный режим. Оба телескопа обнаружили режим покоя.
«При изучении радиоизлучающих нейтронных звезд мы привыкли к крайностям, но это открытие компактной звезды, вращающейся так медленно и все еще излучающей радиоволны, было неожиданным», — сказал соавтор статьи Бен Стэпперс, профессор астрофизики в университете. Манчестера. «Это демонстрирует, что расширение границ нашего поискового пространства с помощью этого нового поколения радиотелескопов откроет сюрпризы, которые бросают вызов нашему пониманию».
Характер выбросов и скорость изменения периодов вращения убедительно свидетельствуют о том, что ASKAP J1935+2148 является нейтронной звездой. Однако исследователи говорят, что не могут исключить наличие сильно намагниченного белого карлика. Поскольку астрофизики считают, что белые карлики сильно намагничиваются как двойные системы, и поблизости нет других белых карликов, объяснение нейтронной звездой более вероятно.
Радиус объекта также не соответствует нашему пониманию белых карликов. «Однако подразумеваемый радиус составляет ~0,8? солнечных радиусов, что привело нас к выводу, что этот источник нельзя ожидать в рамках стандартных моделей белых карликов», — объясняют исследователи. Белые карлики лишь немного крупнее Земли, что, по-видимому, исключает их из числа потенциальных источников.
Только последующие наблюдения и более целенаправленные исследования могут раскрыть истинную природу объекта. В любом случае, будь то белый карлик или нейтронная звезда, этот объект откроет еще одно окно в экстремальную физику любого типа объекта. Нашему пониманию обоих объектов всего несколько десятилетий, поэтому нам еще многое предстоит открыть.
«Важно, чтобы мы исследовали эту до сих пор неисследованную область пространства параметров нейтронных звезд, чтобы получить полную картину эволюции нейтронных звезд, и это может быть важным источником для этого», — заключают авторы.
