Высокочастотные колебания, зафиксированные при гигантском извержении нейтронной звезды

Наблюдение проводилось без вмешательства человека благодаря системе искусственного интеллекта, разработанной в Лаборатории обработки изображений (IPL) Университета Валенсии.

Среди нейтронных звезд объекты, которые могут содержать в полмиллиона раз больше массы Земли при диаметре около 20 километров, — это магнетары, небольшая группа с наиболее сильными известными магнитными полями. Эти объекты, из которых известно только 30, страдают от сильных извержений, о которых еще мало известно из-за их неожиданного характера и их продолжительности всего лишь 10 долей секунды. Обнаружить их — сложная задача для науки и техники.

За последние 20 лет ученые задались вопросом, есть ли в магнитарах высокочастотные колебания. Команда недавно опубликовала свое исследование извержения магнетара в журнале Nature. Они измерили колебания яркости магнетара в его самые сильные моменты. Эти эпизоды являются важным компонентом в понимании извержений гигантских магнитаров. Работа была проведена шестью исследователями из Университета Валенсии и испанскими сотрудниками.

«Даже в неактивном состоянии магнетары могут быть в 100 000 раз ярче, чем наше Солнце, но в случае изученной нами вспышки — GRB2001415 — высвободившаяся энергия эквивалентна той, которую излучает наше Солнце за 100 000 лет», говорит ведущий исследователь Альберто Дж. Кастро-Тирадо из IAA-CSIC.

«Взрыв магнетара, который длился примерно десятые доли секунды, был обнаружен 15 апреля 2020 года в разгар пандемии», — говорит Виктор Реглеро, профессор астрономии и астрофизики УФ, исследователь Лаборатории обработки изображений. (IPL), соавтор статьи и один из разработчиков ASIM, прибора на борту Международной космической станции, обнаружившего извержение hydro mx. «С тех пор мы провели очень интенсивную работу по анализу данных, поскольку это была нейтронная звезда 10 ** 16 Гаусса и находилась в другой галактике. Настоящий космический монстр », — говорит Реглеро.

Ученые считают, что извержения в магнетарах могут быть вызваны нестабильностью в их магнитосфере или своего рода «землетрясением», возникающим в их коре, твердом и упругом слое толщиной около километра. «Независимо от триггера, в магнитосфере звезды создается тип волны — Альфвен, — который хорошо известен на Солнце и взаимодействует друг с другом, рассеивая энергию», — объясняет Альберто Х. Кастро-Тирадо.

Согласно исследованию, колебания, обнаруженные при извержении, соответствуют излучению, создаваемому взаимодействием между альфвеновскими волнами, энергия которых быстро поглощается корой. Таким образом, через несколько миллисекунд процесс магнитного пересоединения и, следовательно, также и импульсы, обнаруженные в GRB2001415, заканчиваются, исчезая через 3,5 миллисекунды после основного всплеска. Анализ явления позволил оценить, что объем извержения был аналогичен или даже больше, чем у самой нейтронной звезды.

Извержение было обнаружено прибором ASIM, который находится на борту Международной космической станции (МКС). ASIM был единственным из семи телескопов, способных регистрировать основную фазу извержения во всем диапазоне энергий без насыщения. Научная группа смогла решить временную структуру события, поистине сложную задачу, потребовавшую более года анализа всего за две секунды, в течение которых были собраны данные.

Монитор взаимодействия атмосферы и космоса (ASIM) — это миссия ЕКА, разработанная Данией, Норвегией и Испанией, которая работает на МКС с 2018 года под руководством исследователей Торстена Нойберта (Технический университет Дании), Николая Остгаарда (Университет Бергена, США). Норвегия) и Виктор Реглеро (Университет Валенсии, Испания), которые формируют научную группу ASIM Facility.

Задачей ASIM является наблюдение за сильными явлениями в атмосфере Земли от оптических до гамма-волн с длиной волны 40 МэВ, деятельность, которую телескоп выполняет с июня 2018 года. Он уже обнаружил 1000 гамма-извержений. «Учитывая, что эти явления непредсказуемы, ASIM полностью автономно решает, когда что-то произошло, и отправляет данные в различные центры Научного центра данных в Копенгагене, Бергене и Валенсии», — поясняет Виктор Реглеро.

Обнаружение квазипериодических колебаний в GRB2001415 было довольно сложной задачей с точки зрения анализа сигналов. «Сложность заключается в краткости сигнала, амплитуда которого быстро спадает и включается в фоновый шум. А поскольку это коррелированный шум, его сигнал трудно различить », — говорит Реглеро. Система искусственного интеллекта вместе со сложными методами анализа данных позволила исследователям обнаружить это впечатляющее явление.

Хотя эти извержения уже были обнаружены в двух из 30 известных магнетаров в галактике и в других, близлежащих галактиках, GRB2001415 — это самое далекое извержение магнетара, зафиксированное на сегодняшний день, расположенное в группе галактик Скульптор на расстоянии около 13 миллионов световых лет от нас. «Если смотреть в перспективе, это выглядело так, как если бы магнетар хотел указать нам на свое существование из своего космического одиночества, поющий в килогерцах с силой Паваротти миллиарда солнц», — говорит Реглеро.

По словам авторов статьи, извержение является важным компонентом для понимания того, как магнитные напряжения создаются внутри нейтронной звезды и вокруг нее. Непрерывный мониторинг магнитаров в близлежащих галактиках поможет понять это явление, а также проложит путь к лучшему пониманию быстрых радиовсплесков, которые в настоящее время являются одними из самых загадочных явлений в астрономии.