Загадкове виверження на зірці може допомогти пояснити швидкі радіосплески

Одна з найцікавіших зірок у Чумацькому Шляху все ще викликає неабияку інтригу. У жовтні 2020 року SGR 1935+2154, магнітар, відповідальний за випромінювання радіосигналів, які ніколи раніше не виявлялися в нашій рідній галактиці, несподівано сповільнився. Тепер вчені вважають, що уповільнення обертання може бути свідченням вулканоподібного виверження на її поверхні, викидаючи матеріал у космос, який змінив середовище зірки настільки, щоб хоч трохи уповільнити обертання планети.

Це знахідка, яка може пролити світло на таємницю швидких радіоспалахів – як ці надщільні мертві зірки можуть випромінювати потужні радіоспалахи уривчасто на мільйони світлових років.

«Люди припускають, що нейтронні зірки можуть мати на своїй поверхні еквівалент вулканів», — каже астрофізик Метью Берінг з Університету Райса в Х’юстоні, штат Техас. «Наші висновки показують, що це могло бути так, і що в цьому випадку розрив, швидше за все, стався на або поблизу магнітного полюса зірки».

SGR 1935+2154 увірвався на сцену всесвітньої слави – буквально – у травні 2020 року, коли астрономи виявили, що він випромінював короткий, але потужний радіоспалах.

Причина, чому це було захоплююче, полягала в тому, що ми раніше виявляли такі спалахи лише в інших галактиках. Ці спалахи, що відбуваються в радіохвилях, тривають лише мілісекунди, випромінюючи за цей час стільки енергії, скільки 500 мільйонів Сонць. І більшість із них спалахнули один раз, несподівано, і з того часу не були виявлені.

Через відстань і непередбачуваність цих швидких радіосплесків дуже важко дізнатися більше. Астрономи змогли відстежити деякі галактики, які їх випромінювали, але з’ясувати механізм або механізми, що стоять за ними, було набагато важче визначити.

SGR 1935+2154 став проривом: тут, нарешті, ми змогли простежити швидкий радіосплеск до певного об’єкта. SGR 1935+2154 — тип нейтронної зірки, відомої як магнетар.

Нейтронні зірки вже є екстремальними: надщільні ядра масивних зірок, які стали надновими, вибухають із зовнішнього матеріалу, тоді як решта серця зірки руйнується під дією сили тяжіння до сфери, що має масу приблизно 2,4 Сонця в діаметрі близько 20 кілометрів (12 миль). Додайте шалено потужне магнітне поле, приблизно в 1000 разів потужніше, ніж у звичайної нейтронної зірки, і у квадрильйон разів, ніж у Землі, і ви отримаєте магнетар.

Астрономи припустили, що зовнішнє тяжіння цього магнітного поля проти внутрішнього тиску гравітації може призвести до того, що магнетар іноді розривається, викликаючи спалахи та швидкі радіосплески. Але потрібно було більше інформації, тому SGR 1935+2154 залишався під пильним наглядом. Потім, у жовтні 2020 року, його знову спіймали на випромінюванні мілісекундних радіосигналів.

І тепер дослідницька група під керівництвом астрофізика Джорджа Юнеса з Університету Джорджа Вашингтона виявила, що лише за кілька днів до цієї активності він зробив щось справді дивне: він раптово сповільнився. Іноді нейтронні зірки раптово змінюють швидкість обертання. Це називається глюк, і це погано вивчене явище.

Глітч нейтронної зірки зазвичай є раптовим прискоренням швидкості обертання. Уповільнення, іноді відоме як антиглюк, зустрічається набагато рідше. Було виявлено лише три антиглюки, включаючи SGR 1935+2154. І хоча глюк можна пояснити змінами всередині зірки, антиглюк ні. Отже, дослідники вирішили дослідити, що могло спричинити це – і яку роль, якщо така була, антиглюк міг відіграти у створенні активності радіовибухів, виявлених через кілька днів.

Якщо внутрішні зміни не могли бути причиною уповільнення, дослідники звернулися до зовнішніх пояснень. Вони побудували модель, засновану на вулканоподібному розриві на поверхні магнетара, який викидає вітер частинок у простір навколо зірки, постулюючи, що рідкість обох подій – антиглюка та радіоактивності – означає, що їхня часова близькість передбачає стосунки.

«Що робить подію в жовтні 2020 року унікальною, так це те, що відбувся швидке радіовипромінювання від магнетара лише через кілька днів після антиглюка, а також незабаром після цього ввімкнулося імпульсне ефемерне радіовипромінювання», — каже Берінг.

«Ми бачили лише кілька перехідних імпульсних радіомагнетарів, і це перший випадок, коли ми бачили радіовмикання магнетара майже одночасно з антиглюком».

І, згідно з їхньою моделлю, розрив поблизу полюса зірки міг створити вітер, який взаємодіє з магнітним полем магнетара, уповільнюючи швидкість обертання зірки та змінюючи геометрію магнітного поля таким чином, щоб покращити умови для радіовипромінювання. Команда виявила, що потужний вітер, що дме лише кілька годин із місця, схожого на вулкан, може створити умови, необхідні для сповільнення та подальшої радіоактивності.

«Інтерпретація вітру відкриває шлях до розуміння того, чому вмикається радіовипромінювання», — каже Берінг.

«Це дає нове розуміння, якого ми не мали раніше».