Ученые выявили необычные изменения частоты самого яркого из известных пульсаров

Фото из открытых источников

Миллисекундные пульсары — невероятные объекты. Возьмите звёздный объект, немного тяжелее Солнца, уменьшите его до размеров центра города, создайте для него исключительно сильное магнитное поле, а затем заставьте его вращаться сотни раз в секунду. Вуаля! Вы получаете самые точные естественные часы во Вселенной. Или нет?

Новое исследование, которое в настоящее время отправлено на публикацию в журнал Monthly Notices of the Royal Astronomical Society и ожидает рецензирования, а его препринт размещен на платформе arXiv, сообщает не об одном, а о двух изменениях в профиле миллисекундного пульсара PSR J0437-4715. Это ближайший и самый яркий миллисекундный пульсар к Земле, и эти «всплески» предполагают, что вокруг его экстремального магнитного поля могут происходить какие-то процессы.

«Впервые в истории мы наблюдаем два последовательных события изменения профиля пульсара, происходящих с интервалом в миллисекунду», — рассказал ведущий автор исследования Рами Мандоу, радиоастроном из Университета Маккуори. «Изменения профиля — это когда очень стабильный долговременный профиль пульсара претерпевает резкое, внезапное изменение, а затем со временем восстанавливается. Такие события крайне редки — за более чем 44 года с момента открытия мы наблюдали изменения профиля только у двух других пульсаров. Это первый случай, когда мы видим два таких события подряд».

Масса этого пульсара составляет 1,4 массы Солнца, а радиус — около 11 километров; он вращается вокруг белого карлика каждые 5,7 дня. Пульсар совершает 173,68 оборота в секунду, посылая импульс радиоволн, подобный маяку.

Нам неизвестен процесс, порождающий пульсирующее радиоизлучение, и до конца не ясно, что именно вызывает эти изменения. Однако исследователям известно, что изменения происходят в магнитосфере пульсара.

«Мы знаем, что это происходит в магнитосфере звезды, но до сих пор не можем понять, что является причиной этого», — продолжил Мандоу. «Эти магнитосферы представляют собой сложные среды, и эти события говорят нам о том, что в магнитосфере происходит нечто интересное: по крайней мере в двух случаях некий триггер вызывает эти события, которые нарушают работу магнитосферы, и тем не менее она, похоже, восстанавливает свою почти точную конфигурацию».

Стабильность этого пульсара составляет примерно одну часть на 1000 триллионов. Это сопоставимо с показаниями стандартных атомных часов (оптические атомные часы следующего поколения более точны). Именно поэтому их называют самыми точными часами во Вселенной.

Сообщалось и о других подобных периодических изменениях, и, возможно, это распространенное явление для миллисекундных пульсаров. Просто раньше у нас, возможно, не было технологий, чтобы его обнаружить.

«По мере повышения чувствительности наших приборов мы начнем наблюдать больше подобных событий, поэтому сейчас мы анализируем все пульсары в нашей выборке наблюдений, чтобы попытаться найти больше таких явлений», - говорит Мандоу. «Как только мы это сделаем, мы сможем составить сводку этих явлений, которая поможет нам узнать больше об этих магнитосферах и о том, что может вызывать внезапные выбросы этих очень стабильных звезд».

Мандоу продолжил: «В течение 44 лет мы всегда считали эти часы «стабильными, точными космическими часами», но теперь мы начинаем понимать, что они могут быть не такими стабильными, как мы думали раньше. Это имеет серьезные последствия для наших фундаментальных физических экспериментов!»

Пульсары используются для изучения физики в экстремальных условиях. Материя в пульсарах настолько сжата, что одна чайная ложка вещества в пульсаре весит столько же, сколько гора. Гравитация настолько сильна, что поверхность пульсаров чрезвычайно гладкая. Гора на пульсаре была бы высотой в несколько миллиметров.

Кроме того, миллисекундные пульсары используются в качестве невероятно эффективного космического детектора. Благодаря своей точности, их изучение позволяет измерять вариации, столь же малые, как эффекты гравитационных волн, распространяющихся по галактике.

Сбор данных со всех этих пульсаров — это как создание обсерватории гравитационных волн размером с галактику. Она называется  Международной системой синхронизации пульсаров (International Pulsar Timing Array). Пульсар PSR J0437-4715 виден с южного неба, поэтому, если произойдут изменения в его поведении, это может повлиять на работу австралийской системы синхронизации пульсаров Parkes Pulsar Timing Array (PPTA) и южноафриканской системы синхронизации пульсаров MeerKAT.

«В PPTA мы проводим замеры времени уже несколько десятилетий, и теперь нам нужно изучить эти события, чтобы выяснить, вносят ли они неучтенный шум в наш эксперимент, поскольку это может заглушить сигналы гравитационных волн, которые мы ищем», — сказал Мандоу. «Это также самый близкий к Земле и самый яркий миллисекундный пульсар, поэтому он предоставляет астрономам прекрасную лабораторию для изучения экстремальных физических явлений: экстремальная гравитация, быстрое вращение, мощное магнитное поле — мы никогда не сможем воссоздать эти условия на Земле. Для этих экспериментов нам действительно нужно, чтобы эти космические часы были максимально стабильными».

Похоже, загадки пульсаров продолжают оставаться неразгаданными, но исследователи не остановятся, пока не разгадают их.