Астрономія
Астрономія

Астрономи розібралися із розкладом гамма-сплесків магнітара

Прогнозовані минулого року гамма-сплески з магнітара SGR1935 + 2154 у Чумацькому Шляху повторилися за розкладом. Так вчені підтвердили свою здогадку про те, що зоря хоч і випромінює імпульси випадковим чином, має чотиримісячні вікна активності, що розділені трьома місяцями «мовчання». Вікно мало «відкритися» першого червня і аж до сьомого жовтня. Вже 24 червня вчені побачили перший сплеск, а за ним ще один шостого липня — у день, коли їхню статтю прийняли до публікації у Physical Review D.

NASA’s Goddard Space Flight Center / Chris Smith, USRA / GESTAR

NASA’s Goddard Space Flight Center / Chris Smith, USRA / GESTAR

За ким слідкували астрономи?

Магнітарами називають нейтронні зірки з надзвичайно сильним магнітним полем, що утворюються із зірок з початковою масою близько 40 мас Сонця. Одним з таких є SGR1935 + 2154, який віднайшли ще 2014 року за допомогою орбітальної обсерваторії Swift на відстані близько 30 тисяч світлових років від нас. Астрономи дуже цікавляться подібними об'єктами, оскільки вважають їх можливими джерелами швидких радіоімпульсів — сплесків, що тривають кілька мілісекунд, але при цьому супроводжуються викидом величезної кількості енергії в космічний простір. А оскільки на SGR1935 + 2154 відреагував один із апаратів обсерваторії, націлений шукати гамма-промені, він одразу став центром уваги дослідників, бо був першим знайденим джерелом швидких радіоімпульсів. З того часу SGR1935 + 2154 був досить активним з інтенсивними спалахами в лютому 2015 року та травні і червні 2016 року. 27 і 28 квітня він знову реактивізувався та спалахнув потужним імпульсом радіовипромінювання разом із типовим для магнітара спалахом рентгенівського. Так він став відомим як джерело м'яких повторюваних гамма-сплесків, адже не мав визначеного інтервалу своєї активності. До речі про один із його повторних сплесків ми вже писали.

Така часова еволюція високоенергетичних сплесків несе важливу інформацію для астрофізиків про свою природу. Це може виявити екстремальні астрофізичні події як-то повне руйнування зірки чи надсильні магнітні поля, що супроводжують нейтринні вибухи. Повторювані події привертають особливий інтерес, адже вони вказують на те, що певний процес не був повністю руйнівним, а якщо ці повторення можна передбачити (і отже спланувати спостереження), то ми зможемо краще зрозуміти еволюційні процеси у зорях та механізми сплесків.

За яким розкладом спалахує зоря?

Дослідники виявили, що SGR1935 + 2154 випускає сплески випадковим чином, однак у рамках чотиримісячних вікон, причому кожне активне вікно розділене трьома місяцями бездіяльності. Ще 19 березня, коли вчені готували препринт статті дослідження про можливу періодичну віконну поведінку зорі, вони передбачили, що нові почнуться знову 1 червня — після тримісячної перерви — і продовжуватимуться протягом чотирьох місяців до 7 жовтня. Вже за три тижні після визначеного вікна, 24 червня, з'явився перший сплеск, який побачила космічна гамма-обсерваторія Фермi. За ним сталося ще близько десятка, у тому числі й 6 липня, коли їхню статтю прийняли до публікації. Втім, за словами дослідників, нові сплески були менш важливими — головним було не побачити їх у передбачені вікна неактивності магнітара. У їхній аналіз, опублікований у статті, вчені аналізували сплески протягом 10 віконних періодів з 2014 року (всього їх сталося 161).

Ширина періодичного вікна з найбільшого набору даних, що містить всі зафіксовані сплески за 231 день. Bruce Grossan / arXiv

Ширина періодичного вікна з найбільшого набору даних, що містить всі зафіксовані сплески за 231 день. Bruce Grossan / arXiv

Чому саме так?

Астрономам добре відомі періодичні події у космосі — більшість відомих магнетарів мають виміряний період пульсації, який вважається періодом обертання нейтронної зірки (від 2 до 12 секунд). Однак джерела швидких радіосплесків чи гамма-випромінювання підозрюються в більш складній періодичній поведінці, адже самі сплески не є періодичними — періодичні лише вікна активності, що не збігаються з періодом обертання джерела. Така поведінка, на думку вчених, передбачає, що або деякі причинні аспекти такої поведінки виникають періодично, або це ми просто бачимо сплески періодично й існує якийсь механізм, який їх від нас закриває.

Поки астрономи не знайшли фізичного механізму, який би зміг описати їхні спостереження. Це може бути вплив супутника, однак поки немає повідомлень про магнітарів-компаньйонів — ці зорі майже за визначенням є ізольованими та живляться лише своєю магнітною енергією. Тому і живуть недовго, близько мільйона років, протягом яких їхнє магнітне поле слабшає. Також вважається, що м'які гамма-сплески від магнітарів пов'язані із зоретрусами, можливо, викликаними взаємодією між корою нейтронної зірки і її інтенсивним магнітним полем. Однак вікна активності SGR1935 + 2154 значно більші за ті, що ця модель пропонує. Тож або модель вимагає модифікації, або вона не пояснює ці об'єкти. Ще одним механізмом впливу на магнітне поле може бути деякий рух акреційного диска, оскільки іонізована матерія може захоплювати силові лінії. Однак поки ми не знаємо, чи володіє таким досліджуваний магнітар. А от теорія про механізм, який від нас закриває сплески вченим подобається більше — так сприятливі для спостереження умови можуть просто періодично зникати наприклад, через значний стовп газу або електронів довкола.

Поки вчені впевнені у тому, що змогли пізнати розклад сплесків SGR1935 + 2154, хоча принаймні один поза вікном активності спростує їхнє твердження. Цей аналіз не дозволив вивчити причини, але його ключовий висновок про те, що насправді існує періодична віконна поведінка для таких об'єктів. За прогнозами, сплески можна буде бачити аж до 7 жовтня 2021 року і з 18 січня по 26 травня 2022. До речі SGR1935 + 2154 є не єдиним «дивним» магнітаром нашої Галактики — наприклад, наймолодший з них виявився схожим на пульсар, бо надто швидко обертається і випромінює регулярні світлові імпульси.