Astronomer ser bizart, aldrig før set aktivitet fra en af ​​de stærkeste magneter i universet

Astronomer fra ARC Center of Excellence for Gravitational Wave Discovery (OzGrav) og CSIRO har lige observeret bizarre, aldrig set-før-adfærd fra en radiostærk magnetar - en sjælden type neutronstjerne og en af ​​de stærkeste magneter i universet.

Deres nye resultater, offentliggjort i dag i Månedlige meddelelser fra Royal Astronomical Society ( MNRAS ), antyder, at magnetarer har mere komplekse magnetfelter end tidligere antaget, som kan udfordre teorier om, hvordan de er født og udvikler sig over tid.

Magnetarer er en sjælden type roterende neutronstjerne med nogle af de kraftigste magnetfelter i universet. Astronomer har kun opdaget 30 af disse objekter i og omkring Mælkevejen - de fleste af dem opdaget af røntgenteleskoper efter et højenergiudbrud.

Imidlertid, en håndfuld af disse magnetarer er også blevet set at udsende radioimpulser, der ligner pulsarer - de mindre magnetiske fætre til magnetarer, der producerer stråler af radiobølger fra deres magnetiske poler. At spore, hvordan pulserne fra disse radiostærke magnetarer ændrer sig over tid, giver et unikt vindue til deres udvikling og geometri.

I marts 2020, en ny magnetar ved navn Swift J1818.0-1607 (forkortet J1818) blev opdaget, efter at den udsendte et lyst røntgenudbrud. Hurtige opfølgningsobservationer detekterede radioimpulser, der stammede fra magnetaren. Mærkeligt nok, udseendet af radioimpulserne fra J1818 var helt anderledes end dem, der blev detekteret fra andre radio-høje magnetarer.

De fleste radioimpulser fra magnetarer opretholder en ensartet lysstyrke på tværs af en bred vifte af observationsfrekvenser. Imidlertid, impulserne fra J1818 var meget lysere ved lave frekvenser end høje frekvenser - svarende til hvad der ses i pulsarer, en anden mere almindelig type radio-emitterende neutronstjerne.

For bedre at forstå, hvordan J1818 ville udvikle sig over tid, et hold ledet af forskere fra ARC Center of Excellence for Gravitational Wave Discovery (OzGrav) observerede det otte gange ved hjælp af CSIRO Parkes radioteleskop (også kendt som Murriyang ) mellem maj og oktober 2020.

I løbet af denne tid, de fandt ud af, at magnetaren gennemgik en kort identitetskrise:I maj udsendte den stadig de usædvanlige pulsarlignende impulser, som tidligere var blevet opdaget; imidlertid, i juni, det var begyndt at flimre mellem en lys og en svag tilstand. Denne flimrende adfærd nåede et højdepunkt i juli, da astronomerne så det flimre frem og tilbage mellem pulsar-lignende og magnetar-lignende radioimpulser.

"Denne bizarre opførsel er aldrig set før i nogen anden radio-høj magnetar, " forklarer studielederforfatter og Swinburne University/CSIRO Ph.D.-studerende Marcus Lower. "Det ser ud til kun at have været et kortvarigt fænomen, som ved vores næste observation, det havde sat sig permanent ind i denne nye magnetar-lignende tilstand."

Forskerne ledte også efter pulsform og lysstyrkeændringer ved forskellige radiofrekvenser og sammenlignede deres observationer med en 50 år gammel teoretisk model. Denne model forudsiger den forventede geometri af en pulsar, baseret på snoningsretningen af ​​dets polariserede lys.

"Ud fra vores observationer, vi fandt ud af, at den magnetiske akse af J1818 ikke er på linje med dens rotationsakse, " siger Lower. "I stedet, den radioemitterende magnetiske pol ser ud til at være på dens sydlige halvkugle, ligger lige under ækvator. De fleste andre magnetarer har magnetfelter, der er justeret med deres spin-akser eller er lidt tvetydige. Det er første gang, vi definitivt har set en magnetar med en forkert justeret magnetisk pol."

Bemærkelsesværdigt, denne magnetiske geometri ser ud til at være stabil over de fleste observationer. Dette tyder på, at eventuelle ændringer i pulsprofilen simpelthen skyldes variationer i højden, som radioimpulserne udsendes over neutronstjernens overflade. Imidlertid, den 1 august ^st 2020-observation skiller sig ud som en besynderlig undtagelse.

"Vores bedste geometriske model for denne dato antyder, at radiostrålen kortvarigt vendte om til en helt anden magnetisk pol placeret på den nordlige halvkugle af magnetaren, " siger Lower.

En tydelig mangel på ændringer i magnetarens pulsprofils form indikerer, at de samme magnetfeltlinjer, der udløser de 'normale' radioimpulser, også skal være ansvarlige for impulserne set fra den anden magnetiske pol.

Undersøgelsen tyder på, at dette er bevis på, at radioimpulserne fra J1818 stammer fra sløjfer af magnetiske feltlinjer, der forbinder to tætsiddende poler, som dem der ses forbinde de to poler af en hesteskomagnet eller solpletter på solen. Dette er i modsætning til de fleste almindelige neutronstjerner, som forventes at have nord- og sydpoler på modsatte sider af stjernen, der er forbundet med et doughnut-formet magnetfelt.

Denne ejendommelige magnetfeltkonfiguration understøttes også af en uafhængig undersøgelse af røntgenimpulserne fra J1818, som blev detekteret af NICER-teleskopet om bord på den internationale rumstation. Røntgenstrålerne ser ud til at komme fra enten et enkelt forvrænget område af magnetfeltlinjer, der kommer ud fra den magnetiske overflade eller to mindre, men tæt på hinanden, regioner.

Disse opdagelser har potentielle implikationer for computersimuleringer af, hvordan magnetarer fødes og udvikler sig over lange perioder, da mere komplekse magnetfeltgeometrier vil ændre, hvor hurtigt deres magnetfelter forventes at henfalde over tid. Derudover teorier, der antyder, at hurtige radioudbrud kan stamme fra magnetarer, vil skulle tage højde for radioimpulser, der potentielt stammer fra flere aktive steder inden for deres magnetfelter.

At fange et flip mellem magnetiske poler i aktion kunne også give den første mulighed for at kortlægge magnetfeltet på en magnetar.

"Parkes-teleskopet vil følge magnetaren tæt i løbet af det næste år," siger videnskabsmand og studiemedforfatter Simon Johnston, fra CSIRO Astronomy and Space Science.