Астрономы увидели двойной сбой вращения источника первого галактического быстрого радиовсплеска

Астрономы обнаружили два глитча у галактического магнитара SGR 1935+2154, которые возникли в тот же период, что и порожденный звездой первый быстрый радиовсплеск в Млечном Пути. Предполагается, что двойной сбой вращения звезды стал возможен благодаря релятивистскому ветру, возникшему из-за разрыва коры в ходе звездотрясения и выброса плазмы, и связан с быстрым радиовсплеском. Статья опубликована в журнале Nature.

Быстрые радиовсплески — одна из загадок современной астрофизики, остающаяся предметом бурных обсуждений. Они представляют собой миллисекундные радиоимпульсы, которые могут быть как одиночными, так и повторяющимися, а их источники находятся в других галактиках. Существует целый ряд теорий, объясняющих происхождение подобных всплесков, однако основной гипотезой считаются процессы, протекающие внутри магнитосферы намагниченных нейтронных звезд.

Среди источников быстрых радиовсплесков выделяется магнитар SGR 1935+2154, связанный с остатком сверхновой SNR G57.2+0.8, который в октябре 2022 года породил первый известный быстрый радиовсплеск в пределах Млечного Пути, похожий на радиовсплески, которые наблюдаются на космологических расстояниях. Наблюдения за ним говорят в пользу магнитосферной природы быстрых радиовсплесков (или хотя бы их некоторой части). SGR 1935+2154 обладает периодом вращения 3,25 секунды, напряженностью дипольного магнитного поля 4×10¹⁴ гауссов. Он стал самым активным магнитаром за десятилетие, порождая вспышки рентгеновского и радиоизлучения.

Группа астрономов во главе с Ху Цзинь-Бином (Chin-Ping Hu) из Национального педагогического университета Чанхуа сообщила о регистрации двух глитчей у SGR 1935+2154 во время периода активности, сопровождавшейся быстрым радиовсплеском. Наблюдения велись в рентгеновском диапазоне при помощи обсерваторий NICER и NuSTAR и охватывали период времени от 17 часов до всплеска до 10 часов после всплеска.

Глитчи представляют собой внезапное увеличение частоты вращения некоторых пульсаров и магнитаров с последующим постепенным уменьшением. Считается, что это связано с эпизодом резкой отдачи углового момента от быстровращающейся сверхтекучей нейтронной жидкости во внутренней коре (и, возможно, ядре), другим частям звезды, включающим в себя ее поверхность, которые изначально вращаются медленнее.

Изменение частоты вращения магнитара после первого глитча составило 3×10⁻⁵ герц, после второго глитча — 1,9×10⁻⁵ герц. Два глитча были разделены очень коротким временным промежутком в 8,8 часа. Между ними магнитар демонстрировал быстрое замедление вращения, сопровождавшееся увеличением и последующим снижением уровня постоянного рентгеновского излучения и частоты рентгеновских всплесков.

Исследователи предложили следующую физическую картину, описывающую поведение магнитара. Быстрое замедление вращения после первого глитча быстро восстановило разницу во вращении сверхтекучей жидкости и остальной части звезды, что привело к возникновению второго глитча. При этом значительная часть ядра и внутренней коры магнитара находятся в сверхтекучем состоянии, а магнитная активность во внешних слоях может провоцировать движение большого количества сверхтекучих вихрей в более глубоких слоях звезды. Это, в свою очередь, ведет к изменению геометрии магнитного поля поверхностного слоя, возникновению напряжений в коре и нагреву внешних слоев, что проявляется в повышении уровня излучения и частоты всплесков через несколько часов после первого глитча.

Накопление напряжений в коре нейтронной звезды приводят к звездотрясению и разрыву коры вблизи магнитных полюсов, где напряженность поля максимальна. При этом может возникнуть выброс плазмы и последующее образование оптически толстого и коллимированного релятивистского ветра, который отбирает у магнитара угловой момент, быстро тормозя его вращение, если общая массы выброшенной плазмы достаточно велика.

Кроме того, ветер скручивает силовые линии в магнитосфере звезды над ее полюсами и увеличивает плотность энергии магнитного поля. В дальнейшем, по мере уменьшения ветра, магнитосфера вновь перестраивается, уровень носителей заряда в ней падает, что может привести к снижению потока рентгеновского излучения и частоты всплесков. Возможно, в этот период в истощенной магнитосфере и возникает когерентное радиоизлучение в результате каскада рождения электронно-позитронных пар. Разобраться более подробно в этих процессах должны помочь будущие наблюдения как за SGR 1935+2154, так и за другими магнитарами.

Подробнее о быстрых радиовсплесках можно узнать в нашем блоге «Что такое быстрые радиовсплески».