Колеблющаяся намагниченная звезда бросает вызов природе повторяющихся быстрых радиовсплесков

Художественное изображение прецессирующего магнетара с искривленным магнитным полем и его радиолучом, направленным на Землю. Автор: Gregory Desvignes / MPIfR

Международная исследовательская группа под руководством Грегори Девиня из Института радиоастрономии Макса Планка в Бонне, Германия, использовала радиотелескопы Эффельсберг (Effelsberg) и Джодрелл Бэнк (Jodrell Bank) для наблюдения прецессирующего магнетара XTE J1810-197 — сильно намагниченной и сверхплотной нейтронной звезды вскоре после его повышенной рентгеновской активности и радиоактивации.

Эта прецессия затухала в течение нескольких месяцев, бросая вызов некоторым моделям, используемым для объяснения происхождения таинственных повторяющихся быстрых радиовсплесков.

Магнетары — это нейтронные звезды с экстремальными и закрученными магнитными полями, остатки массивных звезд, у которых закончилось топливо. Эти объекты настолько плотны, что содержат 1–2 масс Солнца в почти идеальной сфере радиусом около 12 км.

Из 30 известных магнетаров лишь немногие время от времени излучают радиоволны, и их радиолуч проносится по небу, как маяк. Магнетары широко считаются источником быстрых радиовсплесков (FRB), при этом некоторые модели полагают, что свободно прецессирующие магнетары ответственны за повторяющиеся FRB.

Вместе с коллегами из Центра астрофизики Джодрелла Бэнка и Института астрономии и астрофизики Кавли исследователи из Института радиоастрономии Макса Планка (MPIfR) регулярно осматривают некоторые из этих магнетаров и неожиданно поймали один из них (XTE J1810-197), который начал излучать радиоизлучение в декабре 2018 года, вскоре после начала усиленного рентгеновского излучения и спустя около 10 лет, в течение которых он был радиотихим.

Начав интенсивную кампанию наблюдений после этого события, исследователи заметили некоторые очень систематические изменения в свойствах радиоизлучения, а именно в его поляризации, выявив смещение ориентации радиолуча магнетара относительно Земли. Исследователи объяснили это свободной прецессией — эффектом, возникающим из-за небольшой асимметрии в структуре магнетара, заставляющей его раскачиваться, как волчка.

К их удивлению, свободная прецессия быстро затухла в течение следующих нескольких месяцев и в конце концов исчезла. Исчезновение прецессии со временем противоречит предположению многих астрономов, которые считают, что повторяющиеся во времени FRB можно объяснить прецессирующими магнетарами.

«Мы ожидали увидеть некоторые изменения в поляризации излучения этого магнетара, поскольку мы знали об этом по другим магнетарам», — говорит Грегори Девинь из MPIfR, ведущий автор исследования, опубликованного в журнале Nature Astronomy. «Но мы не ожидали, что эти изменения будут настолько систематическими и будут точно соответствовать поведению, которое было бы вызвано колебанием звезды».

Патрик Велтевреде из Манчестерского университета добавляет: «Наши результаты стали возможными только благодаря многолетним наблюдениям за этим магнетаром с помощью радиотелескопов в Джодрелл-Бэнке и Эффельсберге. Нам пришлось ждать более десяти лет, прежде чем он начал производить радиоизлучение., но когда это произошло, это, конечно, не разочаровало».

«Затухающая прецессия магнетаров может пролить свет на внутреннюю структуру нейтронных звезд, которая в конечном итоге связана с нашим фундаментальным пониманием вещей», — говорит Лицзин Шао из Пекинского университета.

«Радиоастрономия действительно увлекательна. Загадка, окружающая происхождение FRB, все еще сохраняется. Однако ловля интригующих объектов, таких как магнетары, с целью узнать больше о FRB, подчеркивает возможности наших объектов», — заключает Майкл Крамер, директор MPIfR и руководитель Отделения фундаментальной физики в радиоастрономических исследованиях.

Больше информации: Gregory Desvignes et al, A freely precessing magnetar following an X-ray outburst, Nature Astronomy (2024). DOI: 10.1038/s41550-024-02226-7

Источник: Max Planck Society