Исследователи зафиксировали высокочастотные колебания излучения нейтронной звезды

Всего за десятую долю секунды магнетар высвободил энергию, эквивалентную произведенной Солнцем за 100 000 лет. Наблюдение проводилось без вмешательства человека благодаря системе искусственного интеллекта, разработанной в Лаборатории обработки изображений (IPL) Университета Валенсии.

Среди нейтронных звезд объекты, которые могут содержать в полмиллиона раз больше массы Земли при диаметре около 20 километров, - это магнетары, небольшая группа с наиболее сильными магнитными полями. Эти объекты, из которых известно только 30, создают сильное извержение, о которых еще мало известно из-за неожиданного характера и продолжительности всего лишь 10 долей секунды. Обнаружить их - сложная задача для науки и техники.

За последние 20 лет ученые задались вопросом, есть ли в магнетарах высокочастотные колебания. Команда измерила колебания яркости магнетара в его самые сильные моменты. Эти эпизоды стали важным компонентом в понимании извержения гигантских магнитаров. Работа была проведена шестью исследователями из Университета Валенсии и испанскими сотрудниками.

«Даже в неактивном состоянии магнетары могут быть в 100 000 раз ярче, чем наше Солнце, но в случае изученной нами вспышки - GRB2001415 - высвободившаяся энергия эквивалентна той, которую наше Солнце излучает за 100 000 лет», говорит ведущий исследователь Альберто Дж. Кастро-Тирадо из IAA-CSIC.

«Излучение магнетара, которое длился примерно десятые доли секунды, было обнаружено 15 апреля 2020 года в разгар пандемии», - говорит Виктор Реглеро, профессор астрономии и астрофизики УФ, исследователь Лаборатории обработки изображений (IPL), соавтор статьи и один из разработчиков ASIM, прибора на борту Международной космической станции, обнаружившего извержение. «С тех пор мы провели очень интенсивную работу по анализу данных, поскольку это была нейтронная звезда 10¹⁶ Гаусса, расположенная в другой галактике. Настоящий космический монстр», - говорит Реглеро.

Ученые считают, что извержения в магнитарах могут быть вызваны нестабильностью в магнитосфере или своего рода «землетрясением», возникающим в коре, толщиной около километра. «Независимо от триггера, в магнитосфере звезды создается тип волны - альфвен, который хорошо известен на Солнце и взаимодействует друг с другом, рассеивая энергию», - объясняет Альберто Х. Кастро-Тирадо.

Согласно исследованию, колебания, обнаруженные при извержении, соответствуют излучению, создаваемому взаимодействием между альфвеновскими волнами, энергия которых быстро поглощается корой. Таким образом, через несколько миллисекунд процесс магнитного пересоединения и также импульсы, обнаруженные в GRB2001415, заканчиваются, пропуская через 3,5 миллисекунды после основного всплеска. Анализ явления позволил оценить, что объем извержения был аналогичен или даже больше, чем у самой нейтронной звезды.

Извержение было обнаружено прибором ASIM, который находится на борту Международной космической станции (МКС). ASIM был единственным из семи телескопов, способных регистрировать основную фазу извержения во всем диапазоне энергий без насыщения. Научная группа смогла решить временную структуру события, потребовавшую более года анализа всего двух секунд, в течение которых были собраны данные.

Монитор взаимодействия атмосферы и космоса (ASIM) - это миссия ЕКА, разработанная Данией, Норвегией и Испанией, которая работает на МКС с 2018 года. Задача ASIM - отслеживать сильные явления в атмосфере Земли от оптических до гамма-волн с длиной волны 40 МэВ. Он уже обнаружил 1000 гамма-извержений. «Учитывая, что эти явления непредсказуемы, ASIM полностью автономно решает, когда что-то произошло, и отправляет данные в различные центры Научного центра данных в Копенгагене, Бергене и Валенсии», - поясняет Виктор Реглеро.

Обнаружение квазипериодических колебаний в GRB2001415 было довольно сложной задачей с точки зрения анализа сигналов. «Трудность заключается в краткости сигнала, амплитуда которого быстро спадает и включается в фоновый шум. А поскольку это коррелированный шум, его трудно различить», - говорит Реглеро. Система искусственного интеллекта вместе со сложными методами анализа данных позволила исследователям обнаружить это впечатляющее явление.

Хотя эти извержения уже были обнаружены в двух из 30 известных магнетарах в галактике и в других близлежащих галактиках, GRB2001415 - это самое далекое извержение магнетара, зафиксированное на сегодняшний день, расположенное в группе галактик Скульптор на расстоянии около 13 миллионов световых лет от нас. «Если смотреть в перспективе, это выглядело так, как если бы магнетар хотел указать нам на свое существование», - говорит Реглеро.

По словам авторов статьи, извержение является важным компонентом для понимания того, как магнитные напряжения создаются внутри нейтронной звезды и вокруг нее. Непрерывный мониторинг магнетаров в близлежащих галактиках поможет понять это явление, а также проложит путь к лучшему пониманию быстрых радиовсплесков, которые в настоящее время являются одними из самых загадочных явлений в астрономии.