Редкий пульсар выдал 114 гигантских импульсов всего за один час
Астрономы обнаружили необычную активность у редкого пульсара PSR J1227−4853. За 174 часа радионаблюдений он произвёл 235 чрезвычайно коротких и мощных импульсов, причём во время одного особенно активного периода всего за час было зарегистрировано сразу 114 таких вспышек. Некоторые из них оказались примерно в 10 тысяч раз ярче среднего радиоизлучения пульсара.
PSR J1227−4853 относится к переходным миллисекундным пульсарам — редким нейтронным звёздам в двойных системах, способным переключаться между двумя состояниями. В одном из них звезда получает вещество от своего компаньона и ярко излучает в рентгеновском диапазоне, а в другом ведёт себя как обычный радиопульсар, энергия излучения которого обеспечивается быстрым вращением.
Сам PSR J1227−4853 вращается чрезвычайно быстро: полный оборот занимает около 1,69 миллисекунды. Исследователей он заинтересовал благодаря параметрам магнитного поля и высокой скорости потери энергии вращения — характеристикам, которые у некоторых других пульсаров связаны с появлением так называемых гигантских радиоимпульсов.
Такие импульсы отличаются от обычных периодических сигналов пульсара. Они возникают на очень короткое время, но могут во много раз превосходить среднее излучение источника. До сих пор это явление наблюдали лишь у небольшой части известных пульсаров, а у переходного миллисекундного пульсара его удалось надёжно зарегистрировать впервые.
Для исследования группа Саптарши Саркара из Национального центра радиоастрофизики Индии использовала модернизированный гигантский метроволновый радиотелескоп uGMRT. Учёные объединили многолетние наблюдения на частотах от 550 до 750 МГц и тщательно удалили помехи земного происхождения.
В общей сложности удалось подтвердить 235 гигантских импульсов. Самые короткие из них продолжались всего 1,28 микросекунды, а пиковая плотность потока некоторых вспышек примерно в 10 000 раз превышала среднее значение для пульсара.
Особенно необычная активность была зарегистрирована 6 декабря 2020 года. Во время часового наблюдения телескоп обнаружил сразу 114 гигантских импульсов. Статистическая модель для этого периода дала среднюю оценочную частоту около 124 импульсов в час — почти на два порядка выше обычной активности источника.
Импульсы появлялись не в случайных участках периода вращения звезды. Большинство из них приходилось на две определённые области основного радиоимпульса. При этом в другой части профиля излучения, где гигантские импульсы наблюдаются у некоторых известных пульсаров, исследователи их вообще не обнаружили. Это указывает на то, что вспышки возникают в строго определённых областях магнитосферы нейтронной звезды.
Две области излучения также отличались друг от друга. Импульсы из одной из них обычно были значительно короче. Именно там зарегистрированы самые быстрые события длительностью всего 1,28 микросекунды. Авторы допускают, что различия могут быть связаны с особенностями физических процессов в разных областях магнитосферы.
Неожиданным оказался и характер появления вспышек. Если бы каждый гигантский импульс возникал независимо от предыдущих, интервалы между ними должны были бы соответствовать относительно случайному распределению. Однако наблюдения показали выраженную склонность импульсов группироваться во времени — периоды почти полного затишья сменялись сериями частых вспышек.
Особое внимание исследователей привлекло сходство этой статистики с поведением повторяющегося быстрого радиовсплеска FRB 20200120E. Во время периода повышенной активности параметры временной группировки импульсов PSR J1227−4853 оказались статистически близки к значениям, измеренным во время серии вспышек этого источника.
Быстрые радиовсплески представляют собой чрезвычайно мощные и очень короткие радиоимпульсы космического происхождения. Природа некоторых из них всё ещё остаётся предметом исследований. Поэтому возможное сходство между поведением гигантских импульсов пульсара и повторяющихся радиовсплесков представляет особый интерес.
Однако авторы подчёркивают, что статистическое сходство не доказывает общего физического механизма. Пока речь идёт только о похожем характере распределения вспышек во времени. Чтобы понять, существует ли между этими явлениями более глубокая связь, потребуются наблюдения других переходных миллисекундных пульсаров.
Пока PSR J1227−4853 остаётся единственным переходным миллисекундным пульсаром, который находится в подходящем радиосостоянии и был достаточно подробно исследован на наличие гигантских импульсов. Поэтому учёные ещё не знают, свойственно ли такое поведение всему этому редкому классу нейтронных звёзд или PSR J1227−4853 является исключением.
Открытие показывает, что переходные миллисекундные пульсары могут обладать гораздо более сложной радиоактивностью, чем считалось ранее. Дальнейшие наблюдения таких систем помогут понять, как возникают гигантские радиоимпульсы и могут ли похожие процессы играть какую-либо роль в некоторых быстрых радиовсплесках.
Исследование в журнале The Astrophysical Journal.