Художественное впечатление от магнетара, где нейтронная звезда излучает радиосвет, питаемый энергией, запасенной в сверхсильном магнитном поле, вызывая вспышки, которые являются одними из самых мощных событий, наблюдаемых во Вселенной. Фото: Майкл Крамер / MPIfR
Международная исследовательская группа под руководством Майкла Крамера и Куо Лю из Института радиоастрономии Макса Планка в Бонне, Германия, изучала магнетары, чтобы раскрыть основной закон, который, по-видимому, применим повсеместно к нейтронным звездам.
Этот закон дает представление о том, как эти источники производят радиоизлучение, и может обеспечить связь с загадочными вспышками радиосвета, быстрыми радиовсплесками, которые исходят из далекого космоса. Их исследование опубликовано в журнале Nature Astronomy.
Нейтронные звезды — это схлопнувшиеся ядра массивных звезд, концентрирующие массу, вдвое превышающую массу Солнца, в сфере диаметром менее 25 км. В результате материя там является наиболее плотно упакованной материей в наблюдаемой Вселенной, сжимающей электроны и протоны в нейтроны, отсюда и название. Более 3000 нейтронных звезд можно наблюдать как радиопульсары, когда они излучают радиолуч, который виден как пульсирующий сигнал с Земли, когда вращающийся пульсар светит в наши телескопы.
Магнитное поле пульсаров уже в тысячу миллиардов раз сильнее магнитного поля Земли, но существует небольшая группа нейтронных звезд, магнитные поля которых еще в 1000 раз сильнее. Это так называемые магнетары. Из примерно 30 известных магнетаров шесть излучают радиоизлучение, по крайней мере время от времени. Предполагается, что внегалактические магнетары являются источником быстрых радиовсплесков (FRB).
Чтобы изучить эту связь, исследователи из Института радиоастрономии Макса Планка (MPIfR) с помощью коллег из Манчестерского университета подробно исследовали отдельные импульсы магнетаров и обнаружили субструктуры. Оказывается, подобная структура импульсов также наблюдалась у пульсаров, быстро вращающихся миллисекундных пульсаров и других источников нейтронных звезд, известных как вращающиеся радиотранзиенты.
К своему удивлению, исследователи обнаружили, что временная шкала магнетаров и других типов нейтронных звезд подчиняется одной и той же универсальной зависимости, масштабируясь точно с периодом вращения. Тот факт, что нейтронная звезда с периодом вращения менее нескольких миллисекунд и звезда с периодом около 100 секунд ведут себя как магнетары, позволяет предположить, что внутренняя природа субимпульсной структуры должна быть одинаковой для всех радиогромких нейтронных звезд.
Это раскрывает информацию о плазменном процессе, ответственном за само радиоизлучение, и дает возможность интерпретировать подобные структуры, наблюдаемые в FRB, как результат соответствующего периода вращения.
«Когда мы решили сравнить излучение магнитара с излучением FRB, мы ожидали сходства», — говорит Майкл Крамер, первый автор статьи и директор MPIfR. «Чего мы не ожидали, так это того, что все радиогромкие нейтронные звезды обладают этим универсальным масштабом».
«Мы ожидаем, что магнетары будут питаться энергией магнитного поля, в то время как остальные будут питаться за счет энергии вращения», — говорит Куо Лю. «Некоторые очень стары, некоторые очень молоды, но, похоже, все следуют этому закону».
Грегори Девинь говорит: «Мы наблюдали магнетары с помощью 100-метрового радиотелескопа в Эффельсберге и сравнили наш результат также с архивными данными, поскольку магнетары не излучают радиоизлучение постоянно».
«Поскольку радиоизлучение магнитара присутствует не всегда, нужно проявлять гибкость и быстро реагировать, что возможно с помощью таких телескопов, как тот, что в Эффельсберге», — говорит Рамеш Каруппусами.
Для Бена Стэпперса, соавтора исследования, наиболее интересным аспектом результата является возможная связь с FRB. «Если хотя бы некоторые FRB происходят от магнетаров, временная шкала субструктуры во всплеске может тогда сказать нам период вращения основного источника магнитара. Если мы обнаружим эту периодичность в данных, это станет важной вехой в объяснении этого типа FRB как радиоисточники».
«Благодаря этой информации поиск продолжается», — говорит Крамер.
Информация от: Обществом Макса Планка
