Гигантские радиоимпульсы в Крабовидной туманности выделяют гораздо больше энергии, чем предполагалось ранее

Открытие показывает, что эти всплески, называемые гигантскими радиоимпульсами, выделяют гораздо больше энергии, чем предполагалось ранее.

В Крабовидной туманности, расширяющемся облаке из обломков шириной шесть световых лет в результате взрыва сверхновой, находится нейтронная звезда, вращающаяся 30 раз в секунду, что является одним из самых ярких пульсаров в небе в рентгеновских и радиоволновых диапазонах. Эта композиция изображений космического телескопа Хаббла показывает различные газы, выброшенные во время взрыва: синий цвет показывает нейтральный кислород, зеленый цвет показывает однократно ионизированную серу, а красный цвет обозначает дважды ионизированный кислород. Авторы и права: НАСА, ЕКА, Дж. Хестер и А. Лолл (Университет штата Аризона).

Пульсар – это 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 питает лучи радиоволн, видимого света, рентгеновских лучей и гамма-лучей. Если эти лучи проходят мимо Земли, астрономы наблюдают импульсы излучения, похожие на часы, 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 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.

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 команда использовала NICER для неоднократных наблюдений пульсара в Крабовидных лучах 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 с помощью по крайней мере одного из двух наземных радиотелескопов в Японии – 34-метровой антенны в Центре космических технологий Кашима и 64-метровой антенны в Usuda Deep Японского агентства аэрокосмических исследований. Космический центр, оба работают на частоте 2 гигагерца.

Объединенный набор данных дал исследователям почти полтора дня одновременного рентгеновского и радиопокрытия, они зафиксировали активность при 3,7 миллионах вращений пульсаров и получили около 26000 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.

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 для наблюдения ярких источников рентгеновского излучения почти в четыре раза превышают суммарную яркость пульсара и его туманности», – сказал 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 Краба, 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 полная излучаемая энергия, связанная с гигантским импульсом, равна в десятки и сотни раз выше, чем предполагалось ранее только по радио и оптическим данным.

«Мы до сих пор не понимаем, как и где пульсары производят свое сложное и широкомасштабное излучение, и очень приятно, что мы внесли еще один кусок в многоволновую головоломку этих удивительных объектов», – сказал Эното.