Астрономы измерили сердцебиение вращающихся звезд

Международная группа ученых использовала радиотелескоп MeerKAT для наблюдения за пульсирующим сердцебиением Вселенной, когда рождаются нейтронные звезды и формируются бури с молниями, которые длятся миллионы лет.

Радиопульсары — это вращающиеся нейтронные звезды, от которых мы можем наблюдать вспышки радиоволн наподобие световых импульсов от маяка. Имея массы примерно в полтора раза больше массы Солнца и размеры всего около 25 км, нейтронные звезды являются самыми плотными известными звездами. Они вращаются очень быстро, обычно от одной тысячной до одной десятисекундной секунды, постепенно замедляясь с возрастом.

Теперь команда астрономов опубликовала крупнейший обзор пульсаров за всю историю. Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества.

Нейтронные звезды также являются сильнейшими магнитами во Вселенной, в среднем в миллион раз сильнее самого сильного магнита на Земле. Такие экстремальные свойства дают возможность проверить законы физики с исключительно высокой точностью. Даже спустя 60 лет после их открытия остаются фундаментальные вопросы о природе этих экзотических объектов.

Нет двух одинаковых пульсаров, и прогресс в этих захватывающих областях физики требует точных наблюдений за как можно большим количеством пульсаров. Проект «Thousand Pulsar Array» (TPA) представляет собой международное сотрудничество, направленное на достижение этих целей за счет использования беспрецедентной чувствительности радиотелескопа MeerKAT. Он состоит из 64 антенн в пустыне Кару в Южной Африке и является ступенькой к массиву квадратных километров, в котором Великобритания лидирует.

Результаты опубликованы в двух частях, одна из которых под руководством исследователей из Манчестерского университета, в которой подробно описаны результаты исследования более миллиона зарегистрированных отдельных вспышек. Последовательность вспышек можно представить в виде последовательности импульсов.

Доктор Патрик Велтевреде из Манчестерского университета сказал: «Наблюдение за пульсаром похоже на проверку пульсара, выявление особенностей его «сердцебиения». Каждый отдельный импульс отличается по форме и силе».

Для некоторых пульсаров при визуализации появляются упорядоченные узоры из диагональных полос. Доктор Сяоси Сун, доктор философии. Студент Манчестерского университета объясняет: «Превосходное качество данных TPA и наш сложный анализ позволили нам впервые выявить эти закономерности для многих пульсаров. Эти закономерности можно объяснить грозовыми бурями, кружащимися вокруг звезды. указывают на что-то фундаментальное в том, как работают пульсары».

После рождения пульсара вокруг звезды быстро и хаотично кружатся грозовые разряды. Через несколько миллионов лет грозы стихают, а узоры становятся медленнее и стабильнее. Это оказывается противоположным тому, что предсказывают модели. В конце концов, через несколько миллиардов лет молнии полностью прекратятся, и пульсары больше не будут обнаруживаться.

Команда MeerKAT недавно получила престижную групповую награду Королевского астрономического общества, а проект TPA достиг необычайной вехи: детальные наблюдения более 1200 пульсаров, что составляет более трети известных пульсаров.

В сопутствующей работе под руководством исследователей из Оксфордского университета представлены статистические свойства форм импульсов. Доктор Беттина Посселт объясняет: «Мы обнаружили, что наиболее важным свойством, определяющим радиоизлучение пульсара, является его так называемая мощность замедления вращения. Она определяет количество энергии, высвобождаемой нейтронной звездой каждую секунду по мере замедления ее вращения. этой мощности вращения используется для производства наблюдаемых радиоволн».

Модели предсказывают, что ионизированный газ, окружающий звезду, постоянно разряжается, что можно сравнить с грозами, производя радиоимпульсы. Новые данные показывают, что мощность замедления влияет на то, насколько высоко над поверхностью нейтронной звезды происходит радиоизлучение и какой энергией наделены заряженные частицы. Поскольку есть свидетельства того, что мощность замедления уменьшается с возрастом, а 1200 пульсаров демонстрируют большое разнообразие мощности замедления вращения, данные TPA идеально подходят для изучения старения нейтронных звезд.

Новые данные показывают, что даже пульсары с наименьшей мощностью вращения излучают интенсивное радиоизлучение и могут быть обнаружены на больших расстояниях. Этот результат предполагает, что может быть больше популяции пульсаров, которые еще предстоит открыть, чем ожидалось ранее.

Данные TPA по обоим проектам теперь общедоступны. Они позволяют международному сообществу проводить дальнейшие исследования как свойств этих пульсаров, так и межзвездного пространства между ними.