Магнетары — причудливые объекты — массивные вращающиеся
нейтронные звезды с одними из самых мощных из известных магнитных полей,
способные испускать короткие всплески радиоволн, настолько ярких, что
они видны по всей Вселенной.
Группа астрофизиков обнаружила еще одну особенность магнетаров: они
могут испускать всплески низкоэнергетических гамма-лучей по схеме,
невиданной ранее ни на одном другом астрономическом объекте.
Непонятно, почему это должно быть, но сами магнитары плохо изучены, и
существуют десятки теорий о том, как они производят радио- и
гамма-всплески. Распознавание этого необычного паттерна активности
гамма-лучей может помочь теоретикам выяснить задействованные механизмы.
«Магнитары, которые связаны с быстрыми всплесками
радиоволн и ретрансляторами мягкого гамма-излучения, имеют что-то
периодическое, помимо случайности», — сказал астрофизик Брюс Гроссан,
астрофизик из Лаборатории космических наук Беркли при Калифорнийском
университете. «Это еще одна загадка на вершине загадки того, как
производятся всплески».
Исследователи — Гроссан, физик-теоретик и космолог Эрик Линдер из
Калифорнийского университета в Беркли и доктор наук Михаил Дениссеня из
Назарбаев Университета в Казахстане — обнаружили закономерность во
всплесках от мягкого гамма-ретранслятора SGR1935 + 2154, который
является магнитаром, богатым источником. мягких гамма-всплесков или
гамма-всплесков меньшей энергии и единственный известный источник
быстрых радиовсплесков в нашей галактике Млечный Путь. Они обнаружили,
что объект испускает всплески случайным образом, но только в пределах
обычных четырехмесячных окон времени, причем каждое активное окно
разделено тремя месяцами бездействия.
19 марта команда загрузила препринт с заявлением о «периодическом
оконном поведении» в мягких гамма-всплесках от SGR1935 + 2154 и
предсказала, что эти всплески начнутся снова после 1 июня — после
трехмесячного перерыва — и могут произойти в течение четырех месяцев.
-месячное окно заканчивается 7 октября.
24 июня, через три недели после начала периода активности, первый
новый всплеск от SGR1935 + 2154 наблюдался после прогнозируемого
трехмесячного перерыва, и с тех пор наблюдалось еще почти дюжина
всплесков, в том числе один всплеск 6 июля, в день, когда газета была
опубликована в Интернете в журнале Physical Review D.
«Эти новые всплески в этом окне означают, что наше
предсказание вернулось», — сказал Гроссан, изучающий астрономические
переходные процессы высоких энергий. «Вероятно, более важным является
то, что не было обнаружено никаких всплесков между окнами с тех пор, как
мы впервые опубликовали наш препринт».
Линдер сравнивает необнаружение очередей в трехмесячных окнах с
ключевым ключом к разгадке — «любопытным инцидентом», когда сторожевой
пес не лаял ночью, что позволило Шерлоку Холмсу раскрыть убийство в
рассказе «Серебряный».
«Отсутствующие или случайные данные — кошмар для любого
ученого», — отмечает Дениссеня, первый автор статьи и сотрудник
Лаборатории Энергетического Космоса Назарбаев Университета, основанной
несколько лет назад Гроссаном, Линдером и космологом Калифорнийского
университета в Беркли и лауреатом Нобелевской премии. Джордж Смут. «В
нашем случае было очень важно понять, что отсутствующие пакеты или их
полное отсутствие несут информацию».
Подтверждение их предсказания поразило и взволновало исследователей,
которые думают, что это может быть новым примером явления —
периодического оконного поведения — которое может характеризовать
выбросы от других астрономических объектов.
Данные с 27-летнего спутника
В течение прошлого года исследователи предположили, что излучение
быстрых радиовсплесков — которые обычно длятся несколько тысячных долей
секунды — от далеких галактик могут быть сгруппированы в периодической
оконной структуре. Но данные были прерывистыми, а статистические и
вычислительные инструменты, позволяющие твердо обосновать такое
утверждение с помощью разреженных данных, были недостаточно развиты.
Гроссан убедил Линдера изучить, можно ли использовать передовые
методы и инструменты для демонстрации того, что периодическое оконное —
но также случайное, в пределах окна активности — поведение присутствует в
данных мягких гамма-всплесков магнитара SGR1935 + 2154. Инструмент
Konus на борту космического корабля WIND, запущенного в 1994 году, с
2014 года регистрировал мягкие гамма-всплески от этого объекта, который
также демонстрирует быстрые радиовсплески, и, вероятно, никогда не
пропустил ни одного яркого.
Линдер, участник проекта «Космология сверхновых» в Национальной
лаборатории Лоуренса Беркли, использовал передовые статистические методы
для изучения кластеризации галактик в пространстве Вселенной, и он и
Дениссенья адаптировали эти методы для анализа кластеризации всплесков
во времени. Их анализ, впервые использовавший такие методы для
повторяющихся событий, показал необычную оконную периодичность, отличную
от очень точного повторения, производимого телами, вращающимися или на
орбите, о которых большинство астрономов думают, когда думают о
периодическом поведении.
«До сих пор мы наблюдали всплески в течение 10 оконных
периодов с 2014 года, и вероятность того, что, хотя мы думаем, что это
периодический оконный, на самом деле случайный, составляет 3 из 10 000»,
— сказал он, имея в виду, что вероятность их правоты составляет 99,97%.
Он отметил, что моделирование методом Монте-Карло показало, что
вероятность того, что они увидят закономерность, которой на самом деле
нет, составляет менее 1 на миллиард.
Недавнее наблюдение пяти всплесков в пределах их прогнозируемого
окна, которые были замечены WIND и другими космическими аппаратами,
отслеживающими гамма-всплески, добавляет им уверенности. Однако
единичный будущий всплеск, наблюдаемый за окном, опровергнет всю теорию
или заставит их полностью переделать свой анализ.
«Самым интригующим и забавным для меня было делать
прогнозы, которые можно было проверить в небе. Затем мы провели
моделирование с реальными и случайными моделями и обнаружили, что они
действительно рассказывают нам о всплесках», — сказал Денисеня.
Относительно того, что вызывает эту закономерность, Гроссан и Линдер
могут только догадываться. Считается, что мягкие гамма-всплески от
магнитаров связаны со звездными землетрясениями, возможно, вызванными
взаимодействием между корой нейтронной звезды и ее сильным магнитным
полем. Магнитары вращаются каждые несколько секунд, и если вращение
сопровождается прецессией — колебанием во вращении — это может привести к
тому, что источник выброса всплеска будет указывать на Землю только в
пределах определенного окна. Другая возможность, сказал Гроссан,
заключается в том, что плотное вращающееся облако непрозрачного
материала окружает магнетар, но имеет отверстие, которое только
периодически позволяет всплескам выходить и достигать Земли.
«На данном этапе наших знаний об этих источниках мы не
можем точно сказать, что это за источники», — сказал Гроссан. «Это
богатое явление, которое, вероятно, будет изучаться в течение некоторого
времени».
Линдер соглашается и указывает, что успехи были достигнуты благодаря
перекрестному опыту методов астрофизических наблюдений высоких энергий и
теоретической космологии.
