W ramach projektu Einstein@Home odkryto kilkanaście nowych pulsarów gamma

Analiza, której przeprowadzenie na jednym komputerze zajęłoby około 1000 lat, w ciągu jednego roku pozwoliła na odkrycie w danych zebranych przez kosmiczny teleskop promieniowania gamma Fermi kilkunastu nowych gwałtownie rotujących gwiazd neutronowych. Wykorzystując moc obliczeniową komputerów należących do wolontariuszy z całego świata, międzynarodowy zespół kierowany przez badaczy z Instytutu Maxa Plancka w Hannoverze poszukiwał okresowości w 118 odkrytych przez Fermi źródeł o nieznanym pochodzeniu. W przypadku 13 obiektów udało się odkryć rotującą gwiazdę neutronową w centrum źródła. Choć wszystkie są – w skali astronomicznej – młode (ich wiek mieści się między dziesiątkami a setkami tysięcy lat), to dwa obiekty rotują zaskakująco wolno – wolniej niż jakiekolwiek inne znane pulsary emitujące promieniowanie gamma. Z kolei w przypadku innego obiektu zarejestrowano gwałtowną zmianę nieznanego pochodzenia w zazwyczaj regularnym tempie rotacji.

„Udało nam się odkryć tak wiele nowych pulsarów z trzech powodów: potężna moc obliczeniowa w ramach projektu Einstein@Home; opracowanie przez nas nowatorskiej i wydajniejszej metody poszukiwania;wykorzystanie nowych, poprawionych danych Fermi-LAT. Wszystkie te czynniki pozwoliły na uzyskanie niespotykanej czułości naszego przeglądu ponad 100 źródeł z katalogu Fermi,” mówi dr Colin Clark, główny autor artykułu opublikowanego w periodyku The Astrophysical Journal.

Gwiazdy neutronowe to kompaktowe pozostałości po eksplozjach supernowych, składające się z egzotycznej, ekstremalnie gęstej materii. Ich średnica to zazwyczaj około 20 kilometrów, jednak ich masa sięga pół miliona mas Ziemi. Z uwagi na silne pole magnetyczne i gwałtowną rotację, emitują one w formie wąskich strumienie fale radiowe i energetyczne promieniowanie gamma. Jeżeli te strumienie skierowane są w stronę Ziemi raz lub dwa razy w ciągu każdego obrotu, gwiazda neutronowa widoczna jest dla nas jako pulsujące źródło promieniowania radiowego lub gamma – to tak zwany pulsar.


Dołącz do grona 19 Patronów Pulsu Kosmosu, którzy wspierają rozwój portalu na http://patronite.pl/pulskosmosu


Wykrywanie pulsarów gamma po omacku

Odkrywanie tych okresowych pulsacji w przypadku pulsarów gamma jest bardzo trudne. Średnio tylko 10 fotonów dziennie od typowego pulsara dociera do teleskopu LAT (Large Area Telescope) zainstalowanego na pokładzie sondy Fermi. Aby wykryć okresowość, konieczne jest przeanalizowanie danych z kilku lat, w których pulsar mógł przecież wykonać pełen obrót wokół własnej osi kilka miliardów razy. Dla każdego z zarejestrowanych fotonów trzeba określić kiedy podczas trwającego ułamek sekundy obrotu został on wyemitowany. Aby nie przeoczyć sygnału niezbędne jest poszukiwanie w danych obejmujących całe lata, i to danych o bardzo dużej rozdzielczości. Moc obliczeniowa do takiego poszukiwania po omacku – kiedy to nie mamy wcześniejszych informacji o danym pulsarze – jest ogromna.

Wcześniejsze poszukiwania tego typu pozwoliły na odkrycie 37 pulsarów gamma w danych z Fermi-LAT. Wszystkie odkrycia z ostatnich 4 lat dokonane zostały w ramach projektu Einstein@Home – dzięki niemu udało się odkryć łącznie 21 pulsarów gamma.

Całe niebo widziane przez Teleskop Kosmiczny Fermi oraz 13 pulsarów odkrytych w ramach projektu Einstein@Home. Pole pod każdym pulsarem zawiera nazwę pulsaru i częstotliwość jego rotacji. Flagi natomiast wskazują narodowość wolontariuszy, których komputery odkryły pulsar. Źródło: Knispel/Clark/Max Planck Institute for Gravitational Physics/NASA/DOE/Fermi LAT Collaboration

Zasoby obliczeniowe Einstein@Home

Wykorzystując do pomocy dziesiątki tysięcy wolontariuszy z całego świata, którzy przekazali moce obliczeniowe swoich dziesiątek tysięcy komputerów domowych, zespół był w stanie przeprowadzić wielkoskalowy przegląd w ramach projektu Einstein@Home. Łącznie poszukiwanie wymagało około 10 000 lat pracy procesora komputerowego. Na pojedynczym komputerze domowym takie poszukiwania trwałyby około 1000 lat. W ramach programu Einstein@Home możliwe było ukończenie projektu w ciągu roku – choć wykorzystano tylko część zasobów projektu.

Naukowcy wybrali obiekty spośród 1000 niezidentyfikowanych źródeł z Trzeciego Katalogu Źródeł Fermi-LAT na podstawie rozkładu energii w zakresie gamma. Dla każdego z 118 wybranych źródeł wykorzystano nowatorską, bardzo wydajną metodę analizy wykrytych fotonów gamma.

Tuzin i jedna gwiazda neutronowa

„Jak dotąd zidentyfikowaliśmy 17 nowych pulsarów spośród 118 źródeł gamma analizowanych w ramach programu Einstein@Home. Najnowsza publikacja w periodyku The Astrophysical Journal opisuje 13 z tych obiektów,” mówi Clark. „Wiedzieliśmy, że w danych z Fermiego musi znajdować się kilka niezidentyfikowanych pulsarów. Mimo to zawsze bardzo ekscytujące jest odkrycie takiego obiektu i dodatkowo zrozumienie jego właściwości.”

Większość odkrytych obiektów była tym czego oczekiwali naukowcy: stosunkowo młode i powstałe w eksplozjach supernowych pulsary gamma w wieku od dziesiątek do setek tysięcy lat. Dwa z nich jednak rotują wolniej niż inne znane pulsary gamma. Wolniej rotujące młode pulsary emitują zazwyczaj mniej promieniowania gamma niż szybciej rotujące. Odkrycie tych słabszych obiektów jest przydatne w badaniu całej populacji pulsarów gamma. Inny nowo odkryty pulsar doświadczył nagłego wzrostu tempa rotacji nieznanego pochodzenia. Takie anomalie obserwowane są w przypadku innych młodych pulsarów i mogą być związane z przearanżowaniem wnętrza gwiazdy neutronowej – jednak procesy te nie są na razie dobrze poznane.

Dołącz do projektu Einstein@Home pod adresem: https://einsteinathome.org/pl/home

Artykuł naukowy: http://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/834/2/106/meta;jsessionid=55E2E0379C8576EB61F5E78C9AE2FDD0.c3.iopscience.cld.iop.org

Źródło: phys.org