Астрономы из Центра передового опыта по открытию гравитационных волн ARC (OzGrav) и CSIRO зафиксировали странное, никогда ранее не наблюдавшееся поведение радиогромкого магнетара. Магнетары - это редкий тип нейтронных звезд и одни из самых сильных магнитов во вселенной.
Художественное представление активного магнетара Swift J1818.0-1607. © Image by Carl Knox, OzGrav
Новые результаты ученых ARC (OzGrav) и CSIRO, опубликованные 2 февраля 2021 года в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (MNRAS), предполагают, что магнетары имеют более сложные магнитные поля, чем предполагалось ранее. Со временем это может даже поставить под сомнение теории об их происхождении и развитии.
Магнетары представляют собой редкий тип вращающихся нейтронных звезд, магнитные поля которых одни из самых сильных во вселенной. Астрономы обнаружили в галактике Млечный Путь и вокруг нее пока только 30 таких объектов. Большинство из них было зарегистрировано рентгеновскими телескопами после их высокоэнергетических выбросов.
Однако некоторые из этих магнетаров также излучают радиоимпульсы, похожие на импульсы пульсаров. Пульсары - это менее магнитные родственники магнетаров, которые излучают со своих магнитных полюсов радиоволны. Наблюдение за тем, как со временем меняются импульсы этих радиогромких магнетаров, дает уникальное окно, позволяющее заглянуть в их развитие и геометрию.
В марте 2020 года после яркой рентгеновской вспышки был обнаружен новый магнетар под названием Swift J1818.0-1607 (сокращенно J1818). При оперативных наблюдениях были зарегистрированы и радиоимпульсы, исходящие от магнетара. Интересно, что радиоимпульсы, излучаемые J1818, отличались от таковых других громких радиомагнетаров.
Большинство радиоимпульсов от магнетаров поддерживают постоянную яркость в широком диапазоне частот. Однако импульсы от J1818 были намного ярче на низких частотах, чем на высоких частотах. Это очень похоже на пульсары - другой хорошо известный тип нейтронных звезд, излучающих радиоволны.
Чтобы лучше понять, как J1818 будет развиваться с течением времени, группа исследователей OzGrav наблюдала его восемь раз с помощью радиотелескопа CSIRO Parkes (также известного как Murriyang) в период с мая по октябрь 2020 года.
За это время исследователи обнаружили, что магнетар пережил кратковременный кризис идентичности: В мае он все еще излучал необычные пульсароподобные импульсы, зарегистрированные ранее. К июню, однако, он начал колебаться между легким и слабым состоянием. Это мерцание достигло пика в июле, когда исследователи увидели, как картина прыгает между излучением пульсароподобных и магнитных радиоимпульсов.
Такого причудливого поведения никогда не наблюдалось ни в одном другом громком радиомагнетаре», - заявил Маркус Лоуэр, аспирант Университета Суинберна и руководитель исследования CSIRO. - «Похоже, это было кратковременным явлением, потому что до нашего следующего наблюдения он постоянно находился в этом новом характерном для магнетара состоянии».
Ученые также искали изменения формы и яркости импульса на разных радиочастотах и сравнивали свои наблюдения с теоретической моделью 50-летней давности. Эта модель предсказывает ожидаемую геометрию пульсара на основе закрученного направления его поляризованного света. «Основываясь на наших наблюдениях, мы обнаружили, что магнитная ось J1818 не совмещена с осью вращения», - сказал Лоуэр.
«Вместо этого радиоизлучающий магнитный полюс, кажется, находится в его южном полушарии, к югу от экватора. У большинства других магнетаров магнитные поля либо выровнены с осями вращения, либо они неоднозначны», - добавил он. -
«Мы впервые видим магнетар с ненаправленным магнитным полюсом». Примечательно, что эта магнитная геометрия кажется стабильной на протяжении большинства наблюдений. Это говорит о том, что изменения в профиле импульса просто связаны с изменениями высоты над поверхностью нейтронной звезды, на которой излучаются радиоимпульсы.
Однако наблюдение 1 августа 2020 г. стало любопытным исключением. «Наша лучшая геометрическая модель на этот момент состоит в том, что радиолуч на короткое время перескочил на совершенно другой магнитный полюс в северном полушарии магнетара», - говорит Лоуэр.
Отсутствие каких-либо изменений в профиле импульса магнетара предполагает, что те же силовые линии магнитного поля, которые запускают обычные радиоимпульсы, также должны нести ответственность и за импульсы от другого магнитного полюса.
Исследование предполагает, что это свидетельство того, что радиоимпульсы от J1818 исходят от дуг силовых линий магнитного поля, которые соединяют два близко расположенных полюса - например, подобные тем, что соединяют два полюса подковообразного магнита или солнечные пятна на Солнце. Это отличается от большинства обычных нейтронных звезд, которые, как полагают, имеют северный и южный полюса на противоположных сторонах звезды, связанные магнитным полем в форме пончика.
Эта конкретная конфигурация магнитного поля также подтверждается независимым исследованием рентгеновских импульсов от J1818, которые были зарегистрированы телескопом NICER на борту Международной космической станции. Рентгеновские лучи, похоже, исходят либо от одной искаженной области силовых линий магнитного поля, исходящих от поверхности магнетара, либо от двух меньших, но близко расположенных областей.
Эти открытия могут оказать потенциальное влияние на компьютерное моделирование того, как формируются магнетары и как они развиваются в течение длительных периодов времени, потому что более сложная геометрия магнитного поля изменяет скорость, с которой их магнитные поля со временем затухают. Кроме того, теории, предполагающие, что быстрые радиовспышки могут возникать из-за магнетаров, также должны будут учитывать радиоимпульсы, исходящие из различных активных мест в пределах их магнитных полей.
Наблюдение за скачком между полюсами также может стать первой возможностью нанести на карту магнитное поле магнетара.
«Телескоп Паркса будет внимательно следить за магнетаром в течение следующего года», - сказал соавтор CSIRO Саймон Джонстон.
0
