Tajemnice magnetarów i szybkich błysków radiowych

Ilustracja przedstawiająca magnetar – rotującą gwiazdę neutronową o niewiarygodnie silnym polu magnetycznym. Źródło: NASA/CXC/M. Weiss

W ramach najnowszych badań prowadzonych przez naukowców z Caltech przeanalizowano impulsy fal radiowych pochodzące z magnetara – rotującej, gęstej pozostałości po gwieździe o silnym polu magnetycznym – znajdującego się blisko supermasywnej czarnej dziury w centru Drogi Mlecznej. Badania dostarczają argumentów za tym, że magnetary takie jak te, znajdujące się blisko czarnych dziur, mogą być w jakiś sposób związane ze źródłem “szybkich błysków radiowych” (FRB, ang. Fast Radio Burst). FRB to wysokoenergetyczne błyski pochodzące spoza naszej galaktyki, a których natury jak dotąd nie udało się ustalić.

“Nasze obserwacje wskazują, że magnetar radiowy może emitować błyski pod wieloma względami przypominające te, które na Ziemi obserwujemy jako FRB” mówi Aaron Pearlman, doktorant na Caltech, który zaprezentował wyniki swoich badań podczas 233 spotkania American Astronomical Society w Seattle. “Inni astronomowie także sugerują, że magnetary znajdujące się blisko czarnych dziur mogą być odpowiedzialne za FRB, jednak jak na razie potrzeba więcej badań, aby potwierdzić nasze podejrzenia”.

W trakcie swojego projektu badawczego, badacze przyjrzeli się magnetarowi PSR J1745-2900 znajdującemu się w centrum Drogi Mlecznej, wykorzystując do tego największe radioteleskopy sieci Deep Space Network, znajdujące się w Australii. PSR J1745-2900 został zauważony po raz pierwszy za pomocą teleskopu rentgenowskiego Swift, a następnie dzięki teleskopowi NuSTAR, w 2013 roku udało się potwierdzić, że jest to magnetar.

“PSR J1745-2900 to zdumiewający obiekt. To fascynujący magnetar, ale udało się go także wykorzystać do zbadania warunków panujących w pobliżu supermasywnej czarnej dziury w centrum Drogi Mlecznej” mówi Fiona Harrison, profesor fizyki na Caltech i główna badaczka projektu NuSTAR. “To niezwykle ciekawe, że może istnieć jakiś związek między PSR J1745-2900 a enigmatycznymi FRB”.

Magnetary stanowią rzadki podtyp grupy obiektów nazywanych pulsarami; pulsary co do zasady należą do klasy rotujących pozostałości po gwiazdach, tak zwanych gwiazd neutronowych. Uważa się, że magnetary są młodymi pulsarami, które rotują wolniej niż typowe pulsary i mają dużo silniejsze od nich pola magnetyczne, co może oznaczać, że wszystkie pulsary przechodzą w swoim życiu przez fazę bycia magnetarami.

Magnetar PSR J1745-2900 jest najbliższym dotąd odkrytym pulsarem odkrytym w pobliżu supermasywnej czarnej dziury – odległość między magnetarem a czarną dziurą wynosi zaledwie 0,3 roku świetlnego. Jest to także jedyny znany nam pulsar grawitacyjnie związany z czarną dziurą i jej otoczeniem.

Oprócz odkrycia podobieństw między magnetarem znajdującym się w centrum galaktyki a FRB, badacze uzyskali także nowe informacje o impulsach radiowych emitowanych przez magnetar. Wykorzystując jedną z największych anten sieci Deep Space Network, naukowcy byli w stanie przeanalizować pojedyncze impulsy emitowane przez gwiazdę w trakcie każdego obrotu wokół swojej osi. Odkryto, że niektóre impulsy były rozciągnięte, lub poszerzone, o większą wartość niż przewidywano na podstawie wcześniejszych pomiarów średniego zachowania impulsów emitowanych przez magnetar. Co więcej, to zachowanie zmieniało się z impulsu na impuls.

“Widzimy te zmiany w pojedynczych elementach każdego impulsu, w bardzo krótkiej skali czasowej. To bardzo nietypowe zachowanie dla magnetara” mówi Pearlman. Elementy radiowe oddzielone są od siebie o średnio 30 milisekund.

Jedna z teorii tłumaczących zmienność sygnału obejmuje zagęszczenia plazmy poruszające się z dużymi prędkościami w pobliżu magnetara. Inni naukowcy zauważali, że takie zagęszczenia mogą tam istnieć jednak w ramach nowych badań badacze sugerują, że ruch tych zagęszczeń może potencjalnie odpowiadać za obserwowaną zmienność sygnałów emitowanych przez magnetar. Inna teoria z kolei zakłada, że zmienność jest wewnętrzną cechą samego magnetara.

“Zrozumienie tej zmienności sugnału pozwoli nam sprawniej badań magnetary i pulsary w centrum naszej galaktyki” dodaje Pearlman.

W przyszłości Pearlman i jego współpracownicy mają nadzieję wykorzystać radioteleskopy Deep Space Network do rozwiązania innej tajemnicy pulsarów: dlaczego tak mało pulsarów odkrywamy w centrum galaktyki? Ich celem jest odkrycie w pobliżu supermasywnej czarnej dziury pulsarów, które nie są magnetarami.

“Odkrycie stabilnego pulsara na bliskiej, grawitacyjnie związanej orbicie wokół supermasywnej czarnej dziury w centrum galaktyki może okazać się świętym Gralem badaczy testujących teorię grawitacji. Jeżeli znajdziemy chociaż jeden, bedziemy w stanie wykonać nowe, rewelacyjne testy ogólnej teorii względności”.

Źródło: Caltech

Artykuł naukowy: http://dx.doi.org/10.3847/1538-4357/aade4d