Танцующие карликовые звезды объясняют тайну долгопериодических радиосигналов

Астрономы обнаружили красную карликовую звезду в системе, которая почти наверняка является источником радиосигнала, который некоторое время повторялся каждые 125 минут. Более того, есть доказательства наличия белого карлика-компаньона. Открытие очень похоже на то, что было сделано в прошлом году, и подтверждает тип системы, которая создает эти сигналы, хотя мы все еще не понимаем подробностей того, как это происходит. Новое исследование было опубликовано в журнале Nature Astronomy.

Недавние достижения в области радиотелескопов помогли астрономам обнаружить своего рода космический радиозоопарк, положив начало гонке по обнаружению причин этих разных странных сигналов. Один из новых классов — это долгопериодные радиотранзиенты (LPRT), импульсы, которые напоминают выходы пульсаров, замедленные в сотни или тысячи раз. После первоначального замешательства один LPRT, GLEAM-X J0704−37, был прослежен до красного карлика, почти наверняка в сочетании с белым карликом.

Теперь появился еще более ясный случай, предполагающий, что многие LPRT производятся таким образом. Однако Айрис де Рюйтер из Сиднейского университета, сказала, что поиски еще не закончены. Мы все еще не до конца понимаем, как звездная пара производит сигнал, и де Рюйтер сомневается, что подкласс LPRT можно объяснить таким образом.

Традиционные пульсары, производимые нейтронными звездами, производят радиосигналы настолько регулярно, что мы используем их как часы, но они замедляются с течением тысячелетий, становясь слабее. Поэтому считается невозможным, чтобы пульсар производил сигнал с периодом более нескольких минут, который был бы достаточно мощным, чтобы его можно было обнаружить.

Это сделало открытие чего-то похожего на пульсар с 18-минутным периодом загадкой, а последующие более длительные открытия еще более загадочными. Первоначальные находки были сделаны вблизи плоскости галактики, наиболее изученной части неба. Де Рюйтер говорит, что сочетание затемняющей пыли и множества звезд в поле зрения сделало определение источника практически невозможным.

Однако, просматривая архивные данные радиотелескопа Low Frequency Array (LOFAR), де Рюйтер обнаружила импульс от 2015 года в направлении Большой Медведицы, далеко от галактической плоскости, который получил броское название ILTJ1101+5521. Де Рюйтер продолжила копать и обнаружила семь импульсов от ILTJ1101+5521, каждый из которых длился от 30 до 90 секунд, что указывает на то, что у нее был LPRT с периодом 125 минут.

Последующие наблюдения не смогли ничего найти в радиодиапазоне, но выявили красный карлик в нужном месте на расстоянии 1600 световых лет, движущийся по 125-минутной орбите. Свет от системы также был показательным, содержащим больше синего, чем типичный красный карлик такого размера. Команда приписывает это белому карлику, который находится так близко к красному карлику и достаточно слаб, что мы не можем их разделить.

Де Рюйтер и соавторы пришли к выводу, что красный и белый карлики вращаются вокруг друг друга с периодом в 125 минут. Де Рюйтер говорит, что пара будет находиться в приливном синхронизме, поэтому их скорости вращения будут соответствовать их орбитам, и оба всегда будут обращены к одной и той же части другой звезды.

«Было особенно здорово добавлять новые части к головоломке», — объясняет де Рюйтер в своем заявлении. «Мы работали с экспертами из всех видов астрономических дисциплин. Используя различные методы и наблюдения, мы шаг за шагом приближались к решению».

Одним из объяснений может быть система с очень вытянутой орбитой, которая испускает всплеск статического электричества каждый раз, когда звезды приближаются ближе, но де Рюйтер говорит, что это очень маловероятно. Хотя команда не смогла точно измерить эксцентриситет орбиты, де Рюйтер сказал, что они «думают, что она очень круглая, что обычно бывает у звезд на таких узких орбитах». Это означает, что сигнал, вероятно, был непрерывным, но обегал небо как маяк (или обычный пульсар) и обнаруживался только при направлении на нас.

Статья, сообщающая о наблюдении, была написана до публикации открытия красного карлика, связанного с GLEAM-X J0704−37. Де Рюйтер говорит, что эти два объекта кажутся очень похожими, за исключением того, что GLEAM-X J0704−37 находится дальше, и его исследователи не наблюдали синего света, который подтвердил бы их подозрения о партнере — белом карлике.

Что касается того, почему попытки получить сигнал не увенчались успехом, де Рюйтер говорит, что существует множество возможных объяснений. «Он был обнаружен только с помощью LOFAR, поэтому, возможно, излучение яркое только на очень низких радиочастотах», — говорит де Рюйтер. Однако де Рюйтер признает, что команда продолжила работу с LOFAR и ничего не увидела. «Другие LPRT довольно непредсказуемы», — отмечает де Рюйтер.

Чтобы понять, почему, нам нужно знать, как взаимодействие красных и белых карликов производит столь мощное радиоизлучение, но только изредка. Радиосигналы красных карликов на порядки слабее этого, что делает их маловероятным кандидатом. «Мы приходим к выводу, что радиоизлучение исходит от белого карлика или взаимодействия между белым карликом и М-карликом». Они подозревают, что магнитное поле белого карлика синхронизировалось с общей орбитой, но признают, что «точный механизм, который производит радиоизлучение, неизвестен», - отмечают авторы исследования. 

Естественно, команда надеется провести последующие наблюдения ILTJ1101+5521 на многих длинах волн, но они также хотят найти больше примеров. 

«Изначально считалось, что LPRT как-то связаны с нейтронными звездами, которые в основном лежат в галактической плоскости. Белые карлики распределены более равномерно, поэтому мы можем скорректировать стратегию поиска», - говорит де Рюйтер. «У некоторых LPRT периоды составляют всего 18 минут. Это очень короткий орбитальный период, поэтому, вероятно, их два типа». Исследователь считает, что то, что можно назвать среднепериодическими радиотранзиентами, вероятно, связано с нейтронными звездами, но подробности остаются неизвестными.