Астрономія
Астрономія

Рекордно повільний радіопульсар витратив більше хвилини на оберт

За допомогою радіотелескопа MeerKAT астрономи відшукали надзвичайно повільний радіопульсар, який на оберт витрачає трохи менше 76 секунд. PSR J0901-4046, на думку вчених, зі своїми унікальними властивостями вказує на існування ультрадовгоперіодичних нейтронних зірок, які випромінюють у радіодіапазоні. А тому PSR J0901-4046 вказує на те, що слід переглянути так звану «лінію смерті» подібних об'єктів, пишуть дослідники у журналі Nature Astronomy.

University of Sydney

University of Sydney

Що таке радіопульсар?

Радіопульсарами називають нейтронні зорі, які обертаються і випромінюють когерентні промені у радіодіапазоні, яке виникає завдяки високорелятивістським частинкам в областях вище магнітних полюсів зірок. Вважається, що таке випромінювання залежить від швидкості обертання зірок: прискорення частинок тим менше, чим повільніше обертається зоря. Зазвичай період обертання таких об'єктів складає від 1,4 мілісекунди до 23,5 секунди - за цим параметром їх поділяють на радіотранзієнти, що обертаються, мілісекундні пульсари і магнітари. При цьому астрономи припускають, що чим старшою є така зірка, тим повільніше вона обертається, а отже з часом її радіовипромінювання може зникнути.

Втім, у нового радіопульсара, який помітили за допомогою комплексу радіотелескопів MeerKAT, який знаходиться у Південній Африці, попри його рекордно повільний період обертання, радіоімпульси не зникли, що змушує переглянути уявлення вчених про еволюцію таких зірок і механізми їхньої радіоактивності. У відкритті PSR J0901-4046 взяли участь астрономи з міжнародної колаборації MeerTRAP або «more TRANsients and Pulsars», яка займається пошуком радіоджерел у космосі.

Так MeerKAT бачить область, де знаходиться пульсар. Manisha Caleb et al. / Nature Astronomy, 2022

Так MeerKAT бачить область, де знаходиться пульсар. Manisha Caleb et al. / Nature Astronomy, 2022

Який пульсар знайшли астрономи?

Як діляться астрономи у статті, PSR J0901-4046 був випадковим відкриттям — спершу вчені помітили самотній імпульс на частоті у 1 284 мегагерци 27 вересня 2020 року, спостерігаючи за подвійною рентгенівською системою Vela X-1. Затим дослідники переглянули й інші дані, отримані з цієї області, та помітили, що вони пропустили ще кілька радіоімпульсів, хоча і набагато слабших. Загалом вдалося ідентифікувати близько 14 імпульсів, які відбулися протягом 30 хвилин. Повторний аналіз даних допоміг локалізувати їхнє джерело — відстань до PSR J0901-4046 оцінили у приблизно 0,3-0,5 кілопарсека. Причому поруч вдалося ідентифікувати дифузну оболонкову структуру — вочевидь, PSR J0901-4046 знаходиться у залишку наднової, внаслідок спалаху якої він і утворився.

Наступні спостереження, які тривали до травня минулого року, дали можливість визначити, що період оберту пульсара складає 75,88 секунди, а його вік оцінили у 5,3 мільйона років. Напруженість магнітного поля на поверхні PSR J0901-4046 склала 1,3х10⁴ ерг на секунду. Таким чином PSR J0901-4046 став першим ультрадовгоперіодичним радіопульсаром.

Чому він такий повільний?

Одноімпульсний аналіз радіовипромінювання PSR J0901-4046 дав змогу виявити незвичайні властивості, яких досі не спостерігали у відомих радіопульсарів. Загалом вченим вдалося ідентифікувати сім різних типів імпульсів, однак, науковці зазначають, що механізм, який провокує таку квазіперіодичність, точно з'ясувати не вдалося. Активність PSR J0901-4046 можна порівняти із першим знайденим радіоголосним магнітаром XTE J1810-197, але астрономи застерігають, що у виявленого ними PSR J0901-4046 можуть бути інакші інші параметри: наприклад, маса.

Так само PSR J0901-4046 їм нагадав нещодавно знайдений довгоперіодичний радіотранзієнт GLEAM-X J162759.5-523504.3, який також має незвичайно довгий період — близько 20 хвилин. Його відносять до так званих магнітарів з ультрадовгим періодом (ultra-long-period magnetars, UPLM), які, як вважається, є сильно намагніченими нейтронними зорями, які досягли значних періодів обертання від кількох десятків до кількох тисяч секунд. Тож PSR J0901-4046 може бути старим магнітаром, активним у радіодіапазоні. Втім, зазвичай радіоголосні магнітари активні і у рентгенівському діапазоні, а за PSR J0901-4046 такої активності не помітили.

PSR J0901-4046 обійшов попередній рекорд серед радіопульсарів у повільності обертання — до того його тримало джерело випромінювання PSR J0250+5854 з періодом обертання у 23,5 секунди. Крім того, PSR J0901-4046 разом із попереднім рекордсменом знаходиться зі своїм періодом обертання поза так званою «лінією смерті» пульсарів, що означає, що він не міг би вже створювати радіовипромінювання, яке спостерігають астрономи. Це означає, що PSR J0901-4046 змусить вчених переглянути існуючі сценарії еволюції і активності пульсарів, а те, як його вдалося знайти — випадково — на думку авторів роботи, вказує зокрема і на те, що таких джерел може виявитися набагато більше.

Місце знайденого пульсара серед інших відомих пульсарів. Синя пунктирна лінія — «лінія смерті». Manisha Caleb et al. / Nature Astronomy, 2022

Місце знайденого пульсара серед інших відомих пульсарів. Синя пунктирна лінія — «лінія смерті». Manisha Caleb et al. / Nature Astronomy, 2022

Хоча комплекс телескопів MeerKAT ще продовжує введення в експлуатацію, ми вже багато розповідали про відкриття з його допомогою. Наприклад, нещодавно він допоміг астрономам роздивитися центр Чумацького Шляху за космічним пилом, відшукав вісім нових мілісекундних пульсарів та дві гігантські радіогалактики.

Які ще пульсари знаходять астрономи?

🎇У нашій сусідній галактиці Малій Магеллановій Хмарі знайшовся дуже енергійний пульсар, який здійснює один оберт за 22 мілісекунди

🕷️На відстані приблизно 1,6 кілопарсека відшукали пульсар класу «австралійська вдова». Так, це за назвою павуків.

🦀А один пульсар з Крабоподібної туманності виявився принаймні у десятки разів енергійнішим, ніж вважалося раніше.