Глобальное научное сотрудничество с использованием данных телескопа NASA Neutron Star Interior Composition Explorer (NICER) на Международной космической станции обнаружило выбросы рентгеновского излучения, сопровождающие радиовсплески пульсара в Крабовидной туманности. Открытие показывает, что эти всплески, называемые гигантскими радиоимпульсами, выделяют гораздо больше энергии, чем предполагалось ранее.
Наблюдения, проведенные NICER, показывают, что рентгеновские импульсы связаны со случайными гигантскими радиоимпульсами пульсара в Крабовидной туманности.
Быстрые волчки пульсары
Пульсар – тип быстро вращающейся нейтронной звезды, раздробленное ядро звезды размером с город, которая взорвалась как сверхновая. Молодая изолированная нейтронная звезда может вращаться десятки раз в секунду, а ее вращающееся магнитное поле формирует радиоволны, видимый свет, рентгеновские лучи и гамма-излучение. Если эти лучи проходят мимо Земли, астрономы наблюдают импульсы излучения и классифицируют объект как пульсар.
«Из более чем 2800 занесенных в каталог пульсаров Крабовидный пульсар – один из немногих, излучающих гигантские радиоимпульсы, которые происходят спорадически и могут быть в сотни или тысячи раз ярче обычных импульсов», – сказал ведущий ученый Теруаки Эното из RIKEN Кластер новаторских исследований в Вако, префектура Сайтама, Япония. «После десятилетий наблюдений было показано, что только Краб усиливает свои гигантские радиоимпульсы излучением из других частей спектра».
Новое исследование, которое появится в выпуске журнала Science от 9 апреля и теперь доступно в Интернете, проанализировало самый большой объем одновременных рентгеновских и радиоданных, когда-либо собранных с пульсара. Это расширяет наблюдаемый диапазон энергий, связанный с этим явлением усиления, в тысячи раз.
Секрет Крабовидной
Расположенная примерно в 6500 световых годах в созвездии Тельца, Крабовидная туманность и ее пульсар образовались в результате сверхновой звезды, свет которой достиг Земли в июле 1054 года. Нейтронная звезда вращается 30 раз в секунду, а в рентгеновских и радиоволновых диапазонах она входит в число самые яркие пульсары на небе.
В период с августа 2017 года по август 2019 года Эното и его коллеги использовали NICER для неоднократных наблюдений пульсара в Крабовидной туманности в рентгеновских лучах с энергией до 10000 электрон-вольт, что в тысячи раз больше, чем у видимого света. Пока NICER наблюдал за объектом, команда также изучала объект, используя по крайней мере один из двух наземных радиотелескопов в Японии – 34-метровую антенну в Центре космических технологий Кашима и 64-метровую антенну в Usuda Deep Японского агентства аэрокосмических исследований. Оба работают на частоте 2 гигагерца.
Комбинированный набор данных фактически дал исследователям почти полтора дня одновременного рентгеновского и радиопокрытия. В общей сложности они зафиксировали активность при 3,7 миллионах оборотов пульсара и получили около 26 тысяч гигантских радиоимпульсов.
Гигантские импульсы возникают быстро, с пиками до миллионных долей секунды, и возникают непредсказуемо. Однако когда они возникают, они совпадают с обычными пульсациями часового механизма.
Точность NICER
NICER регистрирует время прихода каждого обнаруженного им рентгеновского излучения с точностью до 100 наносекунд, но точность синхронизации телескопа – не единственное его преимущество для этого исследования.
«Возможности NICER по наблюдению ярких источников рентгеновского излучения почти в четыре раза превышают суммарную яркость пульсара и его туманности, – отметил Завен Арзуманян, научный руководитель проекта в Центре космических полетов имени Годдарда НАСА в Гринбелте, штат Мэриленд. – Таким образом, на эти наблюдения в значительной степени не повлияли pileup – когда детектор считает два или более рентгеновских излучения как одно событие – и другие проблемы, которые усложнили предыдущий анализ».
Команда Эното объединила все рентгеновские данные, которые совпадали с гигантскими радиоимпульсами, выявив усиление рентгеновского излучения примерно на 4%, которое произошло синхронно с ними. Это удивительно похоже на 3% -ное увеличение видимого света, также связанное с явлением, обнаруженным в 2003 году. По сравнению с разницей яркости между регулярными и гигантскими импульсами Крабовидного пульсара, эти изменения удивительно малы и создают проблему для объяснения теоретических моделей.
Улучшения предполагают, что гигантские импульсы являются проявлением основных процессов, которые производят излучение, охватывающее весь электромагнитный спектр, от радио до рентгеновских лучей. А поскольку рентгеновские лучи в миллионы раз сильнее, чем радиоволны, даже небольшое увеличение представляет собой большой вклад в энергию. Исследователи пришли к выводу, что общая излучаемая энергия, связанная с гигантским импульсом, в десятки или сотни раз выше, чем ранее предполагалось только на основе радио и оптических данных.
«Мы до сих пор не понимаем, как и где пульсары производят свое сложное и широкомасштабное излучение, и очень приятно, что мы внесли еще один вклад в многоволновую головоломку этих удивительных объектов», – заявил Эното.
NICER – перспективная астрофизическая миссия в рамках программы NASA Explorers, которая обеспечивает частые полеты для проведения научных исследований мирового уровня из космоса с использованием инновационных, оптимизированных и эффективных подходов к управлению в областях гелиофизики и астрофизики. Управление космических технологий НАСА поддерживает компонент миссии SEXTANT, демонстрируя навигацию космических аппаратов на основе пульсаров.
Недавно ученые при помощи NICER обнаружили мощный магнетар в пределах Млечного Пути.
