Пульсар - двуликий Янус

Международной команде под руководством голландского астронома, куда входит ряд ученых из Института радиоастрономии Макса Планка (MPIfR) в Бонне, удалось сделать потрясающее открытие. Это механизм, с помощью которого происходит излучение пульсаров. Размер исходящих из этих быстро вращающихся нейтронных звезд рентгеновских и радиоволн на самом деле может резко измениться в доли секунды одновременно на двух частотах и способом, который существующие теории пока не могут объяснить. Наблюдения свидетельствуют о быстром изменении всей магнитосферы пульсара.

Пульсары - компактные, быстро вращающиеся звезды, достигающие всего лишь около 20 километров в диаметре (размером с небольшой город), с общей массой, приблизительно равной массе Солнца. У них сильное магнитное поле, примерно в миллион раз более мощное, чем все магнитные поля, которые могут быть получены искусственно в земных лабораториях. Звезда пульсар испускает сильно сфокусированное излучение. Если конус его излучения во время своего вращения касается Земли, то наблюдается короткий импульс, похожий на мигание маяка. Некоторые пульсары излучают радиацию по всей ширине спектра электромагнитных волн. Их можно наблюдать на рентгеновских частотах и в радиодиапазоне. Хотя первые пульсары были открыты более 40 лет назад, механизм, посредством которого происходит их излучение, по-прежнему точно не изучен.

Магнитное поле нейтронной звезды I Художественное изображение ESA/ATG

Известно, что пульсары в радиодиапазоне могут быстро перескакивать в два (или более) состояния, туда и обратно, при этом меняется как форма, так и интенсивность их радиоимпульсов. Момент такого сальто (flips) непредсказуем и может наступить внезапно (часто даже в пределах одного периода импульса). По данным спутниковых телескопов, видно, что многие радио-пульсары могут быть также обнаружены на рентгеновских частотах. Однако рентгеновский сигнал настолько слаб, что до сих пор об изменчивости в этом диапазоне ничего не известно. Может ли сальто присутствовать в рентгеновских данных?

Момент сальто

Ученые изучали один из первых обнаруженных пульсаров - PSR B0943 +10. Сигналы этого пульсара меняют через несколько часов свою форму и яркость, и эти изменения происходят в течение всего одной секунды, как если бы у него были две совершенно разных личности. Так как PSR B0943 +10 является одним из немногих пульсаров, у которых было также обнаружено рентгеновское излучение, то рентгеновский анализ во время изменения радиоизлучения может предоставить информацию о характере этого процесса.

Магнитное поле нейтронной звезды II Художественное изображение ESA/ATG

Так как пульсар излучает только слабые рентгеновские сигналы, исследовательская группа провела наблюдения с использованием самого чувствительного рентгеновского телескопа, а именно: проекта, финансируемого Европейским космическим агентством - XMM-Newton. Наблюдения были сделаны, в общей сложности, в шести интервалах по шесть часов. Чтобы определить в радиодиапазоне точное время изменения поведения пульсаров, проводились наблюдения двумя наиболее чувствительными мировыми радиотелескопами в метровом диапазоне длин волн: GMRT в Индии и LOFAR в Европе.

Два состояния присутствуют и в рентгеновском диапазоне

Результат оказался совершенно неожиданным. Рентгеновские сигналы, действительно, изменяют свое поведение синхронно с радиосигналами. Но все это происходит не циклически: когда радиоимпульсы сильные, рентгеновское излучение слабое. А при более низкой интенсивности импульсов в радиодиапазоне, рентгеновский сигнал, соответственно, сильнее. "К нашему большому удивлению, мы должны констатировать, что при снижении яркости радиосигналов наполовину, вдвое возрастает их рентгеновская светимость", - объясняет Вим Хермзен (Wim Hermsen), руководитель научно-исследовательского проекта. И только тогда появляется рентгеновское излучение в виде импульсов. Люсьен Койпера (Lucien Kuiper), который тщательно исследовал рентгеновские данные телескопа XMM-Newton, делает из этого вывод, что только периодически возникающая "горячая точка" вблизи магнитного полюса то включается, то выключается, в соответствии с изменениями в излучении пульсара,.

Самое удивительное в том, что преобразование внешнего вида пульсара происходит в течение нескольких секунд. Потом он несколько часов остается стабильным, застыв в новом состоянии. До сих пор исследователи не могут объяснить, почему у пульсара происходят эти драматические и непредсказуемые скачки. Вероятно, из-за очень быстрых изменений, происходящих во всей магнитосфере пульсара.

Неожиданный результат

Через 45 лет после открытия первой нейтронной звезды исследование фундаментальных физических процессов подтверждает неожиданное хамелеоноподобное поведение радиопульсара PSR B0943 +10 в экстремальных условиях его магнитосферы. Вим Хермзен и его коллеги получили дополнительное время для наблюдений с помощью рентгеновского спутника XMM-Newton. Объединив рентгеновские и радионаблюдения с помощью ряда радиотелескопов, таких как Westerbork, GMRT, Effelsberg и Jodrell Bank, они смогут изучить пульсар PSR B1822-09, обладающий очень похожими свойствами, также одновременно в радио- и рентгеновском диапазоне. Этот пульсар показывает на радиоволнах быстрые переходы (сальто) в другое состояние пишет sterne-und-weltraum.de.