Магнетар Свифт J1818.0-1617. Изображения предоставлены: NSF, AUI, NSF NRAO, С. Даньелло.
Международная группа астрономов использовала мощные радиотелескопы, чтобы получить новое представление о магнетаре, которому всего несколько сотен лет. Точные измерения положения и скорости магнетара дают новую информацию о его развитии.
Когда звезда относительно большой массы коллапсирует в конце своей жизни и взрывается как сверхновая, она может оставить после себя сверхплотную звезду, называемую нейтронной звездой. Экстремальные силы во время ее формирования часто заставляют нейтронные звезды очень быстро вращаться и излучать лучи света, как маяк.
Когда этот луч направлен так, что его видно с Земли, звезду также называют пульсаром. А когда образуется нейтронная звезда с быстрым вращением, подобным пульсару, и магнитным полем, в тысячу раз более сильным, чем у типичной нейтронной звезды, ее называют магнетаром. Эти звезды имеют массу примерно в два раза большую массы нашего Солнца и физический размер в десятки километров – размер города.
Хотя между нейтронными звездами, пульсарами и магнетарами существует много общего, астрономы до сих пор не могут понять, какие условия заставляют эти экстремальные звезды следовать по таким разным орбитам.
Теперь группа астрономов под руководством Хао Дина из японской национальной астрономической обсерватории Мизусава VLBI использовала решетку со сверхдлинной базой (VLBA) Национальной радиоастрономической обсерватории (NRAO) Национального научного фонда США (NSF) для изучения наиболее важных для определения свойства недавно открытого магнетара с беспрецедентной точностью.
В настоящее время существует 30 подтвержденных магнетаров, но только восемь из них достаточно похожи, чтобы иметь отношение к этому исследованию. Дин и его команда использовали NSF VLBA в течение трех лет для сбора данных о положении и скорости магнитара Swift J1818.0-1607, который был обнаружен в начале 2020 года. Swift J1818.0-1607 считается самым молодым магнитаром, обнаруженным на сегодняшний день, и самым быстровращающимся магнетаром с периодом вращения 1,36 секунды.
Swift J1818.0-1607 расположен в созвездии Стрельца. Он расположен по другую сторону центральной галактической выпуклости – внутри Млечного Пути – и находится всего в 22 000 световых годах от нас. Это делает его относительно близким к Земле. Достаточно близко, чтобы использовать метод параллакса для точного определения его трехмерного положения внутри галактики. (Метод параллакса вычисляет расстояние на основе видимого изменения положения объекта относительно известных удаленных фоновых объектов.)
Продолжительность жизни магнетара в настоящее время неизвестна, но, по оценкам астрономов, Swift J1818.0-1607 составляет всего несколько сотен лет. Яркое рентгеновское излучение магнетара требует механизма рассеивания чрезвычайно высокой энергии; только быстрое затухание его интенсивного магнитного поля может объяснить силу, стоящую за этими спектральными сигнатурами. Но это тоже экстремальный процесс.
Что касается обычных звезд главной последовательности, то ярко-голубые звезды имеют очень короткую продолжительность жизни, поскольку они расходуют свое топливо гораздо быстрее, чем их желтые братья и сестры. Физика магнетаров иная, но они, вероятно, имеют более короткую продолжительность жизни, чем их родственники-пульсары. «Магнетары очень молоды, потому что они не могут выделять энергию с такой скоростью очень долго», — объясняет Дин.
Кроме того, магнетары также могут демонстрировать излучение в нижней части электромагнитного спектра – в радиодиапазоне длин волн. Источником энергии для этого, вероятно, является синхротронное излучение, которое исходит от быстрого вращения магнетара.
При синхротронном излучении плазма, окружающая нейтронную звезду, настолько плотно прилегает к поверхности звезды, что вращается почти со скоростью света, производя излучение в радиодиапазоне длин волн. Эти радиоизлучения были затем обнаружены в течение трех лет наблюдений NSF VLBA.
«VLBA дал нам превосходное угловое разрешение для измерения этого крошечного параллакса», — говорит Дин. «Пространственное разрешение беспрецедентно».
Результаты, опубликованные в августе 2024 года в The Astrophysical Journal Letters, показывают, что параллакс Swift J1818.0-1607 является одним из самых маленьких среди нейтронных звезд и что его так называемая поперечная скорость является наименьшей (новый нижний предел) среди магнетаров.
В астрономии скорость проще всего описать как имеющую два компонента или направления. Лучевая скорость описывает, насколько быстро звезда движется по лучу зрения, что в данном случае означает по радиусу галактики. Для такого магнетара, как Swift J1818.0-1607, который находится по другую сторону центрального балджа, слишком много другого материала не позволяет точно определить лучевую скорость. Поперечная скорость, иногда называемая воздушной скоростью, описывает движение, перпендикулярное плоскости галактики, и ее легче обнаружить.
Астрономы пытаются понять общие – и разные – процессы формирования «нормальных» нейтронных звезд, пульсаров и магнетаров. Используя точные измерения поперечной скорости, они надеются выяснить условия, которые заставляют звезду развиваться одним из этих трех способов.
Динг говорит, что это исследование подтверждает теорию о том, что магнетары вряд ли образуются в тех же условиях, что и молодые пульсары, предполагая, что магнетары формируются в результате более экзотических процессов формирования.
«Нам нужно знать, как быстро двигался магнетар, когда он только зарождался», — говорит Дин. «Механизм образования магнетаров до сих пор остается загадкой, которую мы хотели бы понять».
Информация от: Национальной радиоастрономической обсерваторией.
