PSR J1227−4853 emituje niezwykle silne impulsy
Zespół kierowany przez Saptarshiego Sarkara z National Centre for Radio Astrophysics zaobserwował nieznany wcześniej sposób aktywności rzadkiego typu pulsara. Badacze wskazują przy tym na jego możliwy związek z jednym z istotnych problemów współczesnej astronomii. Analiza 174 godzin obserwacji radiowych pozwoliła stwierdzić, że PSR J1227−4853, szybko obracająca się gwiazda neutronowa należąca do grupy przejściowych pulsarów milisekundowych („transitional millisecond pulsar”), wytworzył setki wyjątkowo krótkich i bardzo silnych „gigantycznych impulsów”. Wyniki prac opublikowano w czasopiśmie „The Astrophysical Journal”.
Pulsary milisekundowe (millisecond pulsar – MSP) to szybko obracające się gwiazdy neutronowe, których pełny obrót zajmuje mniej niż około 30 milisekund. Jedną z rzadkich grup wśród tych obiektów są przejściowe pulsary milisekundowe. Mogą one znajdować się w dwóch odmiennych stanach. W jednym z nich gwiazda neutronowa pobiera materię od swojej gwiazdy towarzyszącej, natomiast w drugim emituje fale radiowe. Do tej pory potwierdzono zaledwie trzy takie obiekty.
W badaniu naukowcy skoncentrowali się na PSR J1227−4853, ostatnim z potwierdzonych przejściowych pulsarów milisekundowych. Obiekt odkryto w 2014 roku przy użyciu Giant Metrewave Radio Telescope (GMRT). Jego okres obrotu wynosi 1,69 milisekundy.
Szczególną uwagę badaczy zwróciło bardzo silne pole magnetyczne pulsara w pobliżu jego „cylindra światła” („light cylinder”). Jest to wyobrażony cylinder otaczający pulsar, którego promień wskazuje miejsce, w którym materia obracająca się razem z gwiazdą musiałaby osiągnąć prędkość światła. Astronomowie zwracali również uwagę na wysoką jasność spowalniania obrotu, oznaczającą szybkie tracenie energii kinetycznej podczas zmniejszania prędkości obrotowej.
Cechy te wiążą się z rzadkim zjawiskiem określanym jako gigantyczne impulsy (giant pulses – GP). Są to niezwykle krótkie, bardzo jasne rozbłyski radiowe, których jasność może być nawet 10 tysięcy razy większa od zwykłego sygnału pulsara. Dotychczas znaleziono tylko 19 obiektów emitujących takie impulsy. Żaden znany przejściowy pulsar milisekundowy nie wykazywał jednak wcześniej takiej aktywności, dlatego badacze sprawdzili, czy występuje ona również w przypadku PSR J1227−4853.
Obserwacje ujawniły setki gigantycznych impulsów
Naukowcy zestawili ze sobą dwa zbiory obserwacji wykonanych za pomocą GMRT. Pierwszy obejmował około 165 godzin pomiarów prowadzonych przez pięć lat, natomiast drugi składał się z dziewięciu godzin obserwacji o większej rozdzielczości, zebranych w czasie krótszym niż sześć miesięcy. Po usunięciu zakłóceń pochodzenia radiowego badacze potwierdzili obecność 235 rzeczywistych gigantycznych impulsów. Niektóre z nich trwały nieco dłużej niż jedna milionowa część sekundy.
Emisja pochodziła z dwóch aktywnych regionów
Podczas obrotu pulsara sygnały pojawiały się w dwóch „aktywnych obszarach”. Nie zaobserwowano ich natomiast w osobnym regionie, w którym aktywność występowała u części innych pulsarów wytwarzających gigantyczne impulsy. Według naukowców wskazuje to, że emisja pochodzi z bardzo małego i dokładnie określonego obszaru otoczenia magnetycznego pulsara, a nie z przypadkowych miejsc.
Jeden z dwóch aktywnych obszarów wytwarzał impulsy o wyjątkowo krótkim czasie trwania. Najkrótsze z nich trwały zaledwie 1,28 milionowej części sekundy i były jaśniejsze od impulsów pochodzących z drugiego regionu. Badacze wskazują, że ta różnica może oznaczać występowanie odmiennych mechanizmów emisji w obu punktach.
W ciągu godziny pojawiło się 114 impulsów
6 grudnia 2020 roku doszło do gwałtownego zwiększenia aktywności. W ciągu zaledwie jednej godziny astronomowie zarejestrowali 114 gigantycznych impulsów.
Była to pierwsza obserwacja tak nietypowej aktywności impulsów w przejściowym pulsarze milisekundowym. Naukowcy nie ustalili jednak, czy ekstremalnie silna aktywność radiowa jest charakterystyczna dla całej tej grupy obiektów, czy występuje wyjątkowo właśnie w tym układzie.
Aktywność przypominała tę obserwowaną w powtarzających się FRB
Badacze stwierdzili, że okres zwiększonej aktywności, podczas którego pojawiało się ponad 100 impulsów w ciągu godziny, odpowiadał wzorcowi statystycznemu bardzo podobnemu do gwałtownych rozbłysków obserwowanych w przypadku powtarzających się szybkich błysków radiowych (FRB). Według naukowców może to wskazywać na potencjalne podobieństwa między gigantycznymi impulsami pochodzącymi z układów zwartych a powtarzającymi się FRB. Ponieważ gwałtowne rozbłyski powtarzających się FRB wciąż są słabo poznane, podobne właściwości gigantycznych impulsów emitowanych przez pulsary mogą pomóc w lepszym poznaniu ich aktywności.
Astronomowie zaznaczają, że wykorzystany przez nich sposób opisu procesów zachodzących w tym układzie nie obejmował niektórych złożonych zachowań. Bardziej realistyczny obraz aktywności związanej z emisją rozbłysków mogłyby przedstawić alternatywne modele uwzględniające zmienność aktywności w czasie oraz skomplikowane wzorce grupowania impulsów.
Mariusz Drzewiecki
