Нейтронні зірки мають унікальні властивості, які можуть надати зв’язок із таємничими джерелами

Міжнародна дослідницька група на чолі з Майклом Крамером і Куо Лю з Інституту радіоастрономії Макса Планка в Бонні, Німеччина, вивчала магнетари, щоб виявити основний закон, який, здається, універсально застосовується до нейтронних зірок.

Цей закон дає уявлення про те, як ці джерела створюють радіовипромінювання, і він може забезпечити зв’язок із таємничими спалахами радіосвітла, швидкими радіосплесками, які походять із далекого космосу. Їх дослідження опубліковано в Nature Astronomy.

Нейтронні зірки — це колапсовані ядра масивних зірок, які концентрують масу, що вдвічі перевищує масу Сонця, у сфері діаметром менше ніж 25 км. Як наслідок, матерія там є найбільш щільно упакованою речовиною у спостережуваному Всесвіті, яка стискає електрони та протони в нейтрони, звідси й назва. Понад 3000 нейтронних зірок можна спостерігати як радіопульсари, коли вони випромінюють радіопромінь, видимий як пульсуючий сигнал із Землі, коли пульсар, що обертається, спрямовує своє світло на наші телескопи.

Магнітне поле пульсарів уже в тисячу мільярдів разів сильніше за магнітне поле Землі, але є невелика група нейтронних зірок, які мають магнітні поля навіть у 1000 разів сильніші. Це так звані магнетари. З близько 30 відомих магнітарів шість випромінюють радіовипромінювання, принаймні час від часу. Вважається, що джерелом швидких радіосплесків (FRB) є позагалактичні магнітари.

Щоб вивчити цей зв’язок, дослідники з Інституту радіоастрономії Макса Планка (MPIfR) за допомогою колег з Манчестерського університету детально перевірили окремі імпульси магнетарів і виявили субструктури. Виявилося, що подібна структура імпульсу також спостерігалася в пульсарах, швидкообертових мілісекундних пульсарах та в інших джерелах нейтронних зірок, відомих як обертові радіоперехідні процеси.

На свій подив, дослідники виявили, що часова шкала магнетарів та інших типів нейтронних зірок дотримується однакового універсального співвідношення, масштабуючись точно відповідно до періоду обертання. Той факт, що нейтронна зірка з періодом обертання менше кількох мілісекунд і та, яка має період обертання майже 100 секунд, поводяться як магнетари, свідчить про те, що внутрішнє походження субімпульсної структури має бути однаковим для всіх радіогучних нейтронних зірок.

Це розкриває інформацію про плазмовий процес, відповідальний за саме радіовипромінювання, і дає можливість інтерпретувати подібні структури, які спостерігаються в FRB, як результат відповідного періоду обертання.

«Коли ми збиралися порівняти випромінювання магнітарів із випромінюваннями FRB, ми очікували схожості», — говорить Майкл Крамер, перший автор статті та директор MPIfR. «Чого ми не очікували, так це того, що всі нейтронні зірки, які випромінюють радіосигнали, мають таке універсальне масштабування».

«Ми очікуємо, що магнітари живитимуться енергією магнітного поля, а інші — енергією обертання», — говорить Куо Лю. «Деякі дуже старі, деякі дуже молоді, але всі, здається, дотримуються цього закону».

Грегорі Десвінь каже: «Ми спостерігали за магнетарами за допомогою 100-метрового радіотелескопа в Еффельсберзі і порівняли наш результат також з архівними даними, оскільки магнетари не випромінюють радіовипромінювання постійно».

«Оскільки магнітне радіовипромінювання не завжди присутнє, потрібно бути гнучким і швидко реагувати, що можливо за допомогою таких телескопів, як той, що в Еффельсберзі», — каже Рамеш Каруппусамі.

Для Бена Степперса, співавтора дослідження, найбільш захоплюючим аспектом результату є можливий зв’язок із FRB. «Якщо принаймні деякі FRB походять від магнетарів, часова шкала субструктури в спалаху може тоді сказати нам період обертання базового джерела магнетара. Якщо ми знайдемо таку періодичність у даних, це буде віхою в поясненні цього типу FRB як радіоджерела».

«З цією інформацією пошуки тривають», — каже Крамер.