5 октября 2020 года быстро вращающийся труп давно умершей звезды, находящийся на расстоянии около 30 000 световых лет от Земли, изменил скорость. В космическое мгновение его вращение замедлилось. А через несколько дней он внезапно начал излучать радиоволны.
Благодаря своевременным измерениям, проведённым специализированными орбитальными телескопами, астрофизик Мэтью Бэринг из Университета Райса и его коллеги смогли проверить новую теорию о возможной причине редкого замедления, или "анти-сбоя", SGR 1935 +2154, нейтронной звезды с сильным магнитным полем, известной как магнетар.
В исследовании, опубликованном в этом месяце в журнале Nature Astronomy, Бэринг и соавторы использовали данные из Рентгеновской многозеркальной миссии Европейского космического агентства (XMM-Newton) и исследования внутреннего состава нейтронных звёзд НАСА (NICER) для анализа вращения магнетара. Они показали, что внезапное замедление могло быть вызвано вулканическим разрывом на поверхности звезды, который выбросил в космос "ветер" массивных частиц. Исследование выявило, как такой ветер может изменить магнитные поля звезды, создавая условия, которые, вероятно, включат радиоизлучение, которое впоследствии было измерено китайским сферическим телескопом с пятисотметровой апертурой (FAST).
"Люди предполагали, что нейтронные звёзды могут иметь на своей поверхности эквивалент вулканов", - сказал Бэринг, профессор физики и астрономии. "Наши результаты показывают, что это могло быть так, и что в данном случае разрыв, скорее всего, произошёл на магнитном полюсе звезды или вблизи него".
SGR 1935+2154 и другие магнетары относятся к типу нейтронных звёзд, компактных остатков мёртвой звезды, которая разрушилась под действием сильной гравитации. Около дюжины миль в ширину и плотные, как ядро атома, магнетары вращаются каждые несколько секунд и обладают самыми интенсивными магнитными полями во Вселенной.
Магнетары испускают интенсивное излучение, включая рентгеновские лучи, а иногда и радиоволны и гамма-лучи. Астрономы могут многое узнать о необычных звёздах по этим выбросам. Например, подсчитывая импульсы рентгеновского излучения, физики могут рассчитать период вращения магнетара, или количество времени, необходимое для совершения одного полного оборота, как это делает Земля за один день. Периоды вращения магнетаров обычно меняются медленно, и для замедления на один оборот в секунду требуются десятки тысяч лет.
По словам Бэринга, сбои - это резкое увеличение скорости вращения, которое чаще всего вызвано внезапными сдвигами глубоко внутри звезды.
"В большинстве сбоёв период пульсации становится короче - это означает, что звезда вращается немного быстрее, чем раньше", - сказал он. "Хрестоматийное объяснение состоит в том, что со временем внешние намагниченные слои звезды замедляются, а внутреннее, немагнитное ядро - нет. Это приводит к накоплению напряжения на границе между этими двумя областями, и сбой сигнализирует о внезапной передаче энергии вращения от более быстро вращающегося ядра к более медленно вращающейся коре ".
Резкие замедления вращения магнетаров очень редки. Астрономы зафиксировали только три "анти-глюка", включая событие в октябре 2020 года.
В то время как сбои могут быть обычно объяснены изменениями внутри звезды, анти-глюки, скорее всего, не могут. Теория Бэринга основана на предположении, что они вызваны изменениями на поверхности звезды и в пространстве вокруг неё. В новой статье он и его соавторы построили модель ветра, управляемого вулканом, чтобы объяснить результаты измерений, полученных в октябре 2020 года.
Бэринг сказал, что модель использует только классическую физику, в частности изменения углового момента и сохранения энергии, для учёта замедления вращения.
"Сильный, массивный ветер частиц, исходящий от звезды в течение нескольких часов, может создать условия для уменьшения периода вращения", - сказал он. "Наши расчёты показали, что такой ветер также способен изменять геометрию магнитного поля за пределами нейтронной звезды".
Разрыв может быть вулканическим образованием, потому что "общие свойства рентгеновской пульсации, вероятно, требуют, чтобы ветер был запущен из локализованной области на поверхности", - сказал он.
"Что делает событие октября 2020 года уникальным, так это то, что всего через несколько дней после сбоя произошёл быстрый радиовсплеск от магнетара, а вскоре после этого включилось импульсное эфемерное радиоизлучение", - сказал он. "Мы видели лишь горстку переходных импульсных радиомагнетаров, и это первый раз, когда мы увидели радио-включение магнетара почти одновременно с анти-глюком".
Бэринг утверждал, что это совпадение по времени предполагает, что анти-сбой и радиоизлучение были вызваны одним и тем же событием, и он надеется, что дополнительные исследования модели вулканизма дадут больше ответов.
"Интерпретация ветра даёт путь к пониманию того, почему включается радиоизлучение", - сказал он. "Это даёт новое понимание, которого у нас раньше не было".