Распределенные вычисления на компьютерах добровольцев помогли найти новый пульсар-«черную вдову»
Астрономы открыли новый пульсар-«черную вдову», который постепенно разрушает звезду-компаньона. В этом им помогли добровольцы из проекта Einstein@Home, предоставившие свои компьютеры для анализа данных наблюдений за 11 лет. Статьи (1, 2) опубликованы в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
Миллисекундные пульсары представляют собой старые нейтронные звезды, которые увеличили скорость своего вращения до миллисекундных периодов за счет аккреции вещества со звезды-компаньона. Некоторые из подобных объектов находятся в паре с маломассивной (0,1-0,4 масс Солнца) невырожденной звездой, которую постепенно разрушают за счет пульсарного ветра и интенсивного высокоэнергетического излучения. Такие пульсары прозвали «черными вдовами» в честь одного из видов пауков.
Поиск подобных систем при помощи обзоров неба в радиодиапазоне дает не очень много новых объектов, в частности, из-за эффектов поглощения и рассеяния радиоизлучения плазмой от звезды-компаньона. Однако пульсары-«черные вдовы» можно искать по пульсациям гамма-излучения, которые мало подвержены влиянию плазмы. Так например, инструмент Fermi-LAT, установленный на космическом телескопе «Ферми», открыл более 90 новых миллисекундных пульсаров, многие из которых оказались «черными вдовами».
Группа астрономов во главе с Колином Кларком (Colin Clark) из Астрофизического центра Джодрелл-Бэнк в Манчестерском университете сообщила об открытии нового пульсара-«черной вдовы» в двойной системе 4FGL J2039.5–5617. Первоначально ее охарактеризовали как яркий источник гамма-излучения, найденный телескопом «Ферми» в 2014 году, который содержит источник оптического и рентгеновского излучения с орбитальным периодом 5,5 часов. Данные наблюдений показывали, что система может содержать пульсар и звезду-компаньона, деформированную приливными силами, однако радиоимпульсов от системы зарегистрировать не удавалось.
Ученые проанализировали данные оптических наблюдений, проведенных при помощи наземных телескопов, а затем, используя модельные ограничения на характеристики пульсара, провели поиск пульсаций гамма-излучения в данных «Ферми» за 11 лет при помощи проекта распределенной системы добровольных вычислений Einstein@Home. Подобный поиск крайне трудоемок с точки зрения требуемой вычислительной мощности — одному ядру компьютера потребовалось бы на это 500 лет. Однако при помощи проекта поиск занял всего два месяца.
В итоге исследователям удалось доказать, что 4FGL J2039.5–5617 содержит в себе пульсар-«черную вдову», получивший обозначение PSR J2039–5617. Масса пульсара была оценена в 1,1-1,6 масс Солнца, а звезды-компаньона — в 0,15-0,22 массы Солнца. PSR J2039–5617 оказался первой «черной вдовой» с непредсказуемыми изменениями орбитального периода (до десяти миллисекунд). Предполагается, что звезда-компаньон может проходить циклы активности, из-за чего ее магнитное поле может вызывать изменения формы звезды, и, как следствие, ее гравитационного поля, что влияет на орбиту пульсара. Кроме того, было замечено, что орбитально модулированный компонент потока гамма-излучения от системы на самом деле представляет собой импульсное излучение, которое может быть связано с обратным комптоновским рассеянием фотонов от звезды-компаньона на высокоэнергетических частицах в ветре от пульсара.
Стоит отметить, что во второй статье описываются результаты поиска радиоимпульсов от пульсара PSR J2039–5617, который был проведен вскоре после открытия пульсаций гамма-излучения от объекта и велся в архивных данных наблюдений наземного радиотелескопа Паркса за 2016 и 2019 год. Астрономам удалось обнаружить радиоимпульсы на частотах 1,4 и 3,1 гигагерц, с периодом 2,6 миллисекунд, а также на частоте 0,7 гигагерц в одном сеансе наблюдений в 2015 году. Профиль радиоимпульсов от пульсара характеризуется одним относительно широким пиком, который опережает основной пик гамма-излучения, а выведенные из результатов наблюдений параметры PSR J2039–5617 согласуются с результатами основной работы.
Ранее мы рассказывали о том, как гражданские ученые помогли в поисках околозвездных и протопланетных дисков и гигантских радиогалактик, обнаружили околосолнечную комету и 96 новых кандидатов в коричневые карлики.
Александр Войтюк
Радиоимпульсы возникают в магнитосфере магнитара
Астрономы увидели, как галактический магнитар SGR J1935+2154 начал и перестал быть радиопульсаром. В этой фазе он пробыл 13 дней, спустя пять месяцев после того, как стал первым источником быстрого радиовсплеска в Млечном Пути. Это говорит в пользу теории о том, что подобные всплески связаны с намагниченными нейтронными звездами. Статья опубликована в журнале Science Advances. Впервые быстрые радиовсплески наблюдались 16 лет назад (хотя известны и более старые события), с тех пор было обнаружено несколько сотен подобных событий. Они представляют собой очень яркие импульсы радиоизлучения, которые длятся миллисекунды, чаще всего наблюдаются одиночные радиовсплески, однако известны и источники повторяющихся всплесков. При этом все источники находятся в других галактиках. Природа быстрых радиовсплесков до сих пор остается предметом споров и существует ряд теорий, объясняющих их. В 2018 году идея о том, что всплески могут возникать в магнитосфере намагниченных нейтронных звезд получила хорошее наблюдательное подтверждение, а в апреле 2020 года был обнаружен первый кандидат в источник быстрых радиовсплесков в Млечном Пути FRB 20200428, который укладывался в эту теорию. Его источником стал магнитар SGR J1935+2154, который находится в 21 тысяче световых лет от Солнца в остатке сверхновой G57.2+00.8. Группа астрономов во главе с Вэйвэем Чжу (Weiwei Zhu) из Национальной астрономической обсерватории Китайской академии наук сообщила, что наблюдала SGR J1935+2154 в фазе радиопульсара при помощи наземного радиотелескопа FAST. Наблюдения велись с 9 по 30 октября 2020 года и были инициированы сообщением команды радиотелескопа CHIME, обнаружившим от магнитара три всплеска 8 октября. При этом в период с мая по август источник не проявлял заметной активности, лишь 30 апреля и 24 мая наблюдались три радиовсплеска умеренной светимости. В общей сложности за 13 дней ученые зарегистрировали 795 импульсов, которые четко повторялись с периодом 3,2478 секунды. Фаза радиоимпульсов не совпадает с фазой рентгеновских пульсаций, в отличие от эпизода генерации быстрого радиовсплеска FRB 20200428, при этом светимости одиночных импульсов примерно на восемь-девять порядков ниже, чем у FRB 20200428. Импульсы обладают сложной субструктурой, которая напоминает наблюдаемые структуры импульсов у источников повторяющихся быстрых радиовсплесков. Исследователи предполагают, что эти результаты говорят в пользу идеи о том, что магнитары могут быть источниками быстрых радиовсплесков. Возможно всплески, подобные быстрым радиовсплескам, и их аналоги с более низкой светимостью, генерируются за счет разных механизмов. Радиоимпульсы способны возникать в фиксированной области магнитосферы и генерируются за счет обычных физических механизмов, ответственных за излучение радиопульсаров. Радиовсплески же могут порождаться во время сильных возмущений магнитосферы и могут быть связаны с некими взрывными процессами, это способно объяснить отсутствие наблюдаемого периода у источников повторяющихся быстрых радиовсплесков. О том, что такое быстрые радиовсплески и как их изучают, можно прочитать в блоге астрофизика Сергея Попова.