Китайские астрономы рассказали о редком миллисекундном пульсаре PSR J0435+3233. Он ведёт себя не как старая «раскрученная» нейтронная звезда, а скорее как гораздо более молодой и резкий объект. И при этом почти не светит в гамма-диапазоне, хотя энергию вращения теряет очень быстро.
В основе работы — 17,7 года наблюдений телескопа Fermi и данные китайского радиотелескопа FAST. В каталоге Fermi-LAT учёные нашли источник 4FGL J0435.5+3232, а потом сверили координаты и фазовую модуляцию. После этого сомнений уже не осталось: речь именно об этом пульсаре.
Сигнал получился очень убедительным. Статистическая значимость гамма-пульсаций дошла до 6,8 сигма. Для астрофизики это уже не уровень «похоже», а вполне твёрдое обнаружение. Импульсы к тому же оказались очень узкими — примерно четверть полного оборота звезды.
PSR J0435+3233 находится примерно в 3900 световых годах от Земли и делает оборот за 3,2 миллисекунды. Формально это типичный миллисекундный пульсар: старая нейтронная звезда, которую когда-то раскрутила аккреция вещества от спутника. Но дальше начинается странность. Он замедляется минимум в 100 раз быстрее, чем обычно для таких объектов, и на фоне соседей выглядит почти чужим.
Вот это и делает находку интересной. Миллисекундные пульсары обычно считают спокойными ветеранами. А здесь — звезда с энергией, похожей на молодую активную систему, с сильным поверхностным магнитным полем и очень странной эффективностью излучения. В каталогах Fermi уже сотни пульсаров, но такое сочетание параметров попадается редко.
Обычно миллисекундные пульсары относят к отдельной возрастной группе. Это быстрые, но уже «обкатанные» нейтронные звёзды, которые за миллиарды лет заметно теряют ту бурную активность, что свойственна молодым пульсарам. Поэтому и вращение у них замедляется довольно плавно, и излучение обычно ведёт себя предсказуемо.
PSR J0435+3233 ломает эту картину сразу по двум пунктам. Его торможение аномально высоко, потери энергии вращения — тоже. А гамма-излучение, наоборот, почти крошечное: на гамма-лучи уходит лишь 0,00001 от расходуемой энергии.
У многих известных гамма-пульсаров эффективность заметно выше, и в высокоэнергетическом диапазоне они заметны почти сразу. Здесь всё наоборот: энергии много, а света почти нет. Для астрофизиков это хороший повод проверить, как на самом деле устроены магнитосферы таких звёзд и куда девается их мощность.
Авторы работы предлагают два основных объяснения. Либо гамма-лучи просто уходят мимо Земли, и мы видим только край узкого пучка. Либо энергия уходит не в гамма-диапазон, а в пульсарный ветер — поток заряженных частиц, который может сталкиваться с веществом в системе и проявляться уже в других диапазонах.
Есть и ещё одна деталь — магнитное поле. По оценке исследователей, у поверхности его индукция достигает 12,6 млрд Гаусс. Для такого класса объектов это очень серьёзный уровень. Именно поле может менять и геометрию излучения, и то, как звезда теряет вращательную энергию.
Гамма-пульсации у PSR J0435+3233 дают исследователям ещё один способ проверить модели ускорения частиц в экстремальных магнитных полях. Такие объекты помогают понять, как формируются пучки высокоэнергетического излучения и почему у внешне похожих пульсаров параметры иногда расходятся на порядки.
Есть и вопрос по двойной системе, где находится пульсар. Учёным нужно уточнить природу звезды-компаньона и понять, возникает ли между потоками частиц ударная волна, которая меняет наблюдаемую картину. Для близких к Земле и ярких по энергии пульсаров это особенно полезно: такие системы часто становятся удобными лабораториями для проверки теорий.
Fermi собирает данные уже почти два десятилетия, так что шанс найти похожие объекты ещё есть. Если PSR J0435+3233 окажется не одиночной аномалией, а частью более широкой группы, это сильно расширит представления о том, как старые нейтронные звёзды умеют расходовать свою энергию.
Следующий шаг для таких систем обычно связан с более точной радиосинхронизацией и проверкой того, как сигнал меняется на длинных временных базах. Это и покажет, действительно ли пульсар теряет энергию так неэффективно, как сейчас выглядит по данным Fermi, или перед нами ещё более запутанная геометрия излучения, чем предполагали авторы работы.