Magnetmysterier i vores galakse og videre

I en ny Caltech-ledet undersøgelse, forskere fra campus og Jet Propulsion Laboratory (JPL) har analyseret pulser af radiobølger, der kommer fra en magnetar - en roterende, tæt, død stjerne med et stærkt magnetfelt - der er placeret nær det supermassive sorte hul i hjertet af Mælkevejen. Den nye forskning giver fingerpeg om, at magnetarer som denne, ligger tæt på et sort hul, kunne måske være knyttet til kilden til "hurtige radioudbrud, " eller FRB'er. FRB'er er højenergieksplosioner, der stammer uden for vores galakse, men hvis nøjagtige natur er ukendt.

"Vores observationer viser, at en radiomagnetar kan udsende impulser med mange af de samme karakteristika som dem, der ses i nogle FRB'er, " siger Caltech kandidatstuderende Aaron Pearlman, som præsenterede resultaterne i dag ved det 233. møde i American Astronomical Society i Seattle. "Andre astronomer har også foreslået, at magnetarer nær sorte huller kan være bag FRB'er, men mere forskning er nødvendig for at bekræfte disse mistanker."

Forskerholdet blev ledet af Walid Majid, en gæstemedarbejder ved Caltech og hovedforsker ved JPL, som administreres af Caltech for NASA, og Tom Prince, Ira S. Bowen professor i fysik ved Caltech. Holdet så på magnetaren ved navn PSR J1745-2900, beliggende i Mælkevejens galaktiske centrum, ved hjælp af den største af NASAs Deep Space Network-radioskåle i Australien. PSR J1745-2900 blev oprindeligt set af NASAs Swift røntgenteleskop, og senere bestemt til at være en magnetar af NASA's Nuclear Spectroscopic Telescope Array (NuSTAR), i 2013.

"PSR J1745-2900 er et fantastisk objekt. Det er en fascinerende magnetar, men det er også blevet brugt som en undersøgelse af forholdene nær Mælkevejens supermassive sorte hul, " siger Fiona Harrison, Benjamin M. Rosen professor i fysik ved Caltech og hovedforsker af NuSTAR. "Det er interessant, at der kunne være en sammenhæng mellem PSR J1745-2900 og de gådefulde FRB'er."

Magneter er en sjælden undertype af en gruppe af objekter kaldet pulsarer; pulsarer, på tur, tilhører en klasse af roterende døde stjerner kendt som neutronstjerner. Magneter menes at være unge pulsarer, der spinder langsommere end almindelige pulsarer og har meget stærkere magnetfelter, hvilket tyder på, at måske alle pulsarer gennemgår en magnetar-lignende fase i deres levetid.

Magnetaren PSR J1745-2900 er den nærmeste kendte pulsar til det supermassive sorte hul i centrum af galaksen, adskilt af en afstand på kun 0,3 lysår, og det er den eneste pulsar, der vides at være gravitationsmæssigt bundet til det sorte hul og miljøet omkring det.

Ud over at opdage ligheder mellem den galaktiske center-magnetar og FRB'er, forskerne fandt også frem til nye detaljer om magnetarens radioimpulser. Ved at bruge en af ​​Deep Space Networks største radioantenner, forskerne var i stand til at analysere individuelle impulser udsendt af stjernen hver gang den roterede, en bedrift, der er meget sjælden i radiostudier af pulsarer. De fandt ud af, at nogle pulser blev strakt, eller udvidet, med en større mængde end forudsagt sammenlignet med tidligere målinger af magnetarens gennemsnitlige pulsadfærd. I øvrigt, denne adfærd varierede fra puls til puls.

"Vi ser disse ændringer i de individuelle komponenter af hver puls på en meget hurtig tidsskala. Denne adfærd er meget usædvanlig for en magnetar, " siger Pearlman. Radiokomponenterne, han bemærker, er kun adskilt med 30 millisekunder i gennemsnit.

En teori til at forklare signalvariabiliteten involverer klumper af plasma, der bevæger sig ved høje hastigheder nær magnetaren. Andre videnskabsmænd har foreslået, at sådanne klumper kan eksistere, men i den nye undersøgelse, forskerne foreslår, at bevægelsen af ​​disse klumper kan være en mulig årsag til den observerede signalvariabilitet. En anden teori foreslår, at variabiliteten er iboende for magnetaren selv.

"Forståelse af denne signalvariabilitet vil hjælpe i fremtidige undersøgelser af både magnetarer og pulsarer i centrum af vores galakse, siger Pearlman.

I fremtiden, Pearlman og hans kolleger håber at kunne bruge radioskålen Deep Space Network til at løse et andet enestående pulsarmysterium:Hvorfor er der så få pulsarer i nærheden af ​​det galaktiske centrum? Deres mål er at finde en ikke-magnetar pulsar nær det galaktiske-center sorte hul.

"At finde en stabil pulsar i et tæt på, gravitationelt bundet kredsløb med det supermassive sorte hul i det galaktiske centrum kunne vise sig at være den hellige gral til at teste teorier om tyngdekraft, " siger Pearlman. "Hvis vi finder en, vi kan lave alt muligt nyt, hidtil usete test af Albert Einsteins generelle relativitetsteori."

Den nye undersøgelse, med titlen "Pulse Morphology of the Galactic Center Magnetar PSR J1745-2900, " dukkede op i den 20. oktober, 2018, spørgsmål af The Astrophysical Journal .