Astronomowie dostrzegają dziwaczną aktywność z najsilniejszych magnetarów we Wszechświecie
Zespół astronomów zaobserwował dziwne, nigdy wcześniej nieobserwowane zachowanie „głośnego radiowo” magnetara – rzadkiego typu gwiazdy neutronowej i jednego z najsilniejszych magnesów we Wszechświecie.
Te nowe odkrycia, opublikowane w Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, sugerują, że magnetary mają bardziej złożone pola magnetyczne niż wcześniej sądzono – co może podważyć teorie dotyczące ich narodzin i ewolucji w czasie.
Magnetary to rzadki rodzaj wirujących gwiazd neutronowych posiadających jedne z najpotężniejszych pól magnetycznych we Wszechświecie. Astronomowie odkryli tylko trzydzieści takich obiektów w Drodze Mlecznej i wokół niej – większość z nich została wykryta przez teleskopy rentgenowskie po wysokoenergetycznym rozbłysku.
Zaobserwowano również, że kilka z tych magnetarów emituje impulsy radiowe podobne do pulsarów – mniej magnetycznych kuzynów magnetarów, które wytwarzają wiązki fal radiowych ze swoich biegunów magnetycznych. Śledzenie, jak impulsy tych „głośnych radiowo” magnetarów zmieniają się w czasie, oferuje unikalne spojrzenie na ich ewolucję i geometrię.
W marcu 2020 roku nowy magnetar o nazwie Swift J1818.0-1607 (w skrócie J1818) został odkryty po tym, jak wyemitował jasny błysk rentgenowski. Co ciekawe, wygląd impulsów radiowych z J1818 był zupełnie różny niż w przypadku innych magnetarów radiowych.
Większość impulsów radiowych z magnetarów zachowuje stałą jasność w szerokim zakresie obserwowanych częstotliwości. Jednak impulsy z J1818 były znacznie jaśniejsze przy niższych częstotliwościach niż przy wysokich – podobnie do tego, co obserwuje się w przypadku pulsarów.
Aby lepiej zrozumieć, jak J1818 będzie ewoluował w czasie, zespół naukowców obserwował go osiem razy, korzystając z radioteleskopu CSIRO Parkes (znanego również jako Murriyang), w okresie od maja do października 2020 roku.
W tym czasie okazało się, że magnetar przeszedł krótki kryzys tożsamości: w maju nadal emitował niezwykłe pulsaropodobne impulsy, które zostały już wcześniej wykryte; jednak w czerwcu zaczął migotać między stanem jasnym a słabym. Migotanie to osiągnęło szczyt w lipcu, kiedy zespół zobaczył, że przeskakuje on tam i z powrotem, emitując pulsarowe i magnetarowe impulsy radiowe.
„Takie dziwaczne zachowanie nigdy wcześniej nie było obserwowane w przypadku żadnego innego głośnego radiowo magnetara. Wydaje się, że było to tylko krótkotrwałe zjawisko, ponieważ podczas naszej następnej obserwacji osiedlił się na stałe w nowym stanie podobnym do magnetara” – wyjaśnia główny autor badania i doktorant Uniwersytetu Swinburne/CSIRO, Marcus Lower.
Naukowcy poszukiwali również kształtu impulsu i zmian jasności przy różnych częstotliwościach radiowych i porównywali swoje obserwacje z 50-letnim modelem teoretycznym. Model ten przewiduje oczekiwaną geometrię pulsara na podstawie kierunku skręcania jego spolaryzowanego światła. Jak podkreśla jeden z naukowców, z ich obserwacji wynika, że oś magnetyczna J1818 nie jest wyrównana z jego osią obrotu. Zamiast tego emitujący promieniowanie radiowe biegun magnetyczny wydaje się znajdować na półkuli południowej, tuż pod równikiem. Większość innych magnetarów ma pola magnetyczne, które są wyrównane z osiami spinów lub są nieco niejednoznaczne.
Jest to pierwszy raz, kiedy naukowcy widzą magnetara z niewyrównanym biegunem magnetycznym. Co ciekawe, ta geometria magnetyczna wydaje się być stabilna w większości obserwacji. To sugeruje, że wszelkie zmiany w profilu impulsu są po prostu spowodowane zmianami wysokości impulsów radiowych emitowanych powyżej powierzchni gwiazdy neutronowej. Jednak obserwacja z 1 sierpnia 2020 roku wyróżnia go jako osobliwy wyjątek.
„Nasz najlepszy model geometryczny na tę datę sugeruje, że wiązka radiowa na krótko przerzuciła się na zupełnie inny biegun magnetyczny znajdujący się na północnej półkuli magnetara” – mówi Lower. Wyraźny brak jakichkolwiek zmian w kształcie profilu impulsu magnetara wskazuje, że te same linie pola magnetycznego, które wyzwalają „normalne” impulsy radiowe, muszą być również odpowiedzialne za impulsy widoczne z drugiego bieguna magnetycznego.
Badanie sugeruje, że jest to dowód na to, że impulsy radiowe z J1818 pochodzą z pętli linii pola magnetycznego łączących dwa blisko rozmieszczone bieguny w kształcie podkowy, podobne do tych występujących w plamach słonecznych. Różni się to od większości zwykłych gwiazd neutronowych, które mają mieć bieguny północne i południowe po przeciwnych stronach gwiazdy, połączone polem magnetycznym w kształcie pierścienia.
Ta osobliwa konfiguracja pola magnetycznego jest również wspierana przez niezależne badanie impulsów promieniowania rentgenowskiego z J1818, które zostały wykryte przez teleskop NICER znajdujący się na pokładzie Międzynarodowej Stacji Kosmicznej. Wydaje się, że promienie X pochodzą albo z pojedynczego zniekształconego obszaru linii pola magnetycznego, które wyłaniają się z powierzchni magnetara, albo z dwóch mniejszych, ale znajdujących się blisko siebie regionów.
Odkrycia te mają potencjalne implikacje dla symulacji komputerowych dotyczących tego, w jaki sposób rodzą się i ewoluują magnetary w długich okresach czasu, ponieważ bardziej złożone geometrie pól magnetycznych zmieniają szybkość, z jaką ich pola magnetyczne będą zanikać w czasie. Ponadto teorie, które sugerują, że szybkie rozbłyski radiowe mogą pochodzić od magnetarów, będą musiały uwzględnić impulsy radiowe potencjalnie pochodzące z wielu aktywnych miejsc w ich polach magnetycznych.
Uchwycenie w akcji zmian między biegunami może również dać pierwszą okazję do zmapowania pola magnetycznego magnetara.
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Źródło:
