Astronomen entdecken bizarre, nie zuvor gesehene Aktivitäten eines der stärksten Magnete des Universums

Astronomen des ARC-Kompetenzzentrums für die Entdeckung von Gravitationswellen (OzGrav) und CSIRO haben gerade ein bizarres und nie zuvor gesehenes Verhalten eines radioaktiven Magnetars beobachtet – einer seltenen Art von Neutronenstern und einem der stärksten Magnete der Welt Universum.

Ihre neuen Erkenntnisse, die heute in der Monatliche Mitteilungen der Royal Astronomical Society ((MNRAS) legen nahe, dass Magnetare komplexere Magnetfelder haben als bisher angenommen, was die Theorien darüber, wie sie geboren wurden und sich im Laufe der Zeit entwickeln, in Frage stellen könnte.

Magnetare sind eine seltene Art von rotierenden Neutronensternen mit einigen der meisten starke Magnetfelder Im Universum. Astronomen haben nur 30 dieser Objekte in und um die Milchstraße entdeckt, die meisten davon nach einer hochenergetischen Explosion mit Röntgenteleskopen.

Eine Handvoll dieser Magnetare emittierte jedoch auch Pulsare ähnliche Funkimpulse – die weniger magnetischen Verwandten von Magnetaren, die von ihren Magnetpolen Strahlen von Radiowellen erzeugen. Die Überwachung der Entwicklung der Impulse dieser radioaktiven Magnetare über die Zeit bietet ein einzigartiges Fenster für ihre Entwicklung und Geometrie.

Im März 2020 wurde ein neuer Magnetar namens Swift J1818.0-1607 (kurz J1818) entdeckt, nachdem ein Lichtstrahl ausgestrahlt wurde. Schnelle Nachbeobachtungen ermittelten Funkimpulse vom Magnetar. Seltsamerweise war das Erscheinungsbild der Funkimpulse des J1818 ganz anders als bei anderen funkstarken Magnetaren.

Die meisten magnetischen Funkimpulse behalten über einen weiten Bereich von Beobachtungsfrequenzen eine konstante Helligkeit bei. jedoch, J1818-Impulse waren bei niedrigen Frequenzen viel heller als bei hohen Frequenzen– ähnlich wie bei Pulsaren, einer anderen häufigeren Art von radioemittierendem Neutronenstern.

Um besser zu verstehen, wie sich J1818 im Laufe der Zeit entwickeln würde, beobachtete ein Team unter der Leitung von Wissenschaftlern des ARC-Kompetenzzentrums für die Entdeckung von Gravitationswellen (OzGrav) dies achtmal mit dem CSIRO Parkes-Radioteleskop (auch bekannt als) Murriyang) zwischen Mai und Oktober 2020.

Während dieser Zeit stellten sie fest, dass der Magnetar eine kurze Identitätskrise erlitten hatte: Im Mai strahlte er immer noch die ungewöhnlichen pulsarähnlichen Impulse aus, die zuvor erkannt worden waren; Bis Juni begann er jedoch zwischen einem klaren und einem schwachen Zustand zu schwanken. Dieses flackernde Verhalten erreichte seinen Höhepunkt im Juli, als Astronomen sahen, dass es zwischen pulsaren und magnetarartigen Funkimpulsen hin und her flackerte.

„Dieses bizarre Verhalten wurde noch nie zuvor bei einem anderen radioaktiven Magnetar beobachtet“, sagt der Hauptautor der Studie und die Swinburne University / CSIRO PhD. Student Marcus Lower. „Es scheint, dass dies nur ein kurzlebiges Phänomen war, denn bei unserer nächsten Sichtung hatte es sich dauerhaft in diesem neuen magnetarähnlichen Zustand niedergelassen.“

Die Wissenschaftler suchten auch nach Pulsformen und Helligkeitsänderungen bei verschiedenen Radiofrequenzen und verglichen ihre Beobachtungen mit einem 50 Jahre alten theoretischen Modell. Dieses Modell sagt die erwartete Geometrie eines Pulsars basierend auf der Drehrichtung seines polarisierten Lichts voraus.

„Unsere Beobachtungen haben ergeben, dass die Magnetachse des J1818 nicht mit seiner Rotationsachse ausgerichtet ist“, sagt Lower. „Stattdessen scheint sich der funkübertragende Magnetpol auf seiner südlichen Hemisphäre zu befinden, die sich direkt unterhalb des Äquators befindet. Die meisten anderen Magnetare haben Magnetfelder, die mit ihren Spinachsen ausgerichtet oder ein wenig mehrdeutig sind. Dies ist das erste Mal, dass wir definitiv einen Magnetar mit einem sehen falsch ausgerichteter Magnetpol. “

Bemerkenswerterweise scheint diese magnetische Geometrie bei den meisten Beobachtungen stabil zu sein. Dies legt nahe, dass jede Änderung des Impulsprofils einfach auf Änderungen in der Höhe der Funkimpulse zurückzuführen ist, die über der Oberfläche des Neutronensterns emittiert werden. Am 1. August jedoch^st Die Beobachtung von 2020 ist eine merkwürdige Ausnahme.

„Unser bestes geometrisches Modell für dieses Datum legt nahe, dass sich der Funkstrahl kurzzeitig einem völlig anderen Magnetpol zugewandt hat, der sich auf der Nordhalbkugel des Magnetars befindet“, erklärt Lower.

Ein deutliches Fehlen jeglicher Veränderung des Magnetars Impuls Die Form des Profils zeigt dasselbe an Magnetfeld Die Leitungen, die die „normalen“ Funkimpulse auslösen, müssen auch für die von den anderen gesehenen Impulse verantwortlich sein Pole.

Die Studie legt nahe, dass dies beweist, dass die Funkimpulse von J1818 aus Schleifen von stammen Magnetfeldlinien Verbinden von zwei eng beieinander liegenden Polen, wie diejenigen, die die beiden Pole eines Hufeisenmagneten oder Sonnenflecken auf der Sonne verbinden. Dies unterscheidet sich von den meisten gewöhnlichen Neutronensternen, die Nord- und Südpole auf gegenüberliegenden Seiten des Sterns haben sollten, die durch ein ringförmiges Magnetfeld verbunden sind.

Diese spezielle Magnetfeldkonfiguration wird auch von unterstützt eine unabhängige Untersuchung der Röntgenpulse von J1818, die vom NICER-Teleskop an Bord der Internationalen Raumstation erfasst wurden. Röntgenstrahlen scheinen entweder aus einem einzelnen verzerrten Bereich von Magnetfeldlinien zu stammen, die von der Oberfläche des Magnetars ausgehen, oder aus zwei kleineren, aber eng beabstandeten Bereichen.

Diese Ergebnisse haben potenzielle Auswirkungen auf Computersimulationen darüber, wie Magnetare über lange Zeiträume geboren wurden und sich entwickelten, da komplexere Magnetfeldgeometrien die Geschwindigkeit ändern, mit der erwartet wird, dass ihre Magnetfelder im Laufe der Zeit abfallen. Darüber hinaus müssen Theorien, die darauf hindeuten, dass schnelle Funkstöße von Magnetaren ausgehen können, Funkimpulse berücksichtigen, die möglicherweise von mehreren Stellen stammen, die in ihren Magnetfeldern aktiv sind.

Fangen Sie einen Flip dazwischen Magnetpole in Aktion könnte auch die erste Möglichkeit bieten, das Magnetfeld eines Magnetars abzubilden.

„Das Parkes-Teleskop wird das überwachen magnetar eng im nächsten Jahr “, sagt der Wissenschaftler und Studienkoautor Simon Johnston von CSIRO Astronomy and Space Science.