Такие сигналы были впервые обнаружены во время затухания редких гигантских вспышек, производимых магнитарами. За последние 40 лет гигантские вспышки наблюдались всего три раза — в 1979, 1998 и 2004 годах — и сигналы, связанные со звездными землетрясениями, которые заставляли нейтронные звезды звенеть как колокол, были идентифицированы только в двух самых последних событиях.
«Монитор гамма-всплесков (GBM) Fermi захватил те же свидетельства более мелких и гораздо более частых извержений, называемых всплесками, открывая потенциал для множества новых данных, которые помогут нам понять, как устроены нейтронные звезды», — сказала Анна Уоттс. , астрофизик из Амстердамского университета в Нидерландах и соавтор нового исследования о взрывной буре. «Оказывается, GBM Ферми — идеальный инструмент для этой работы».Нейтронные звезды — это самые плотные, самые магнитные и быстро вращающиеся объекты во Вселенной, которые ученые могут наблюдать напрямую. Каждая из них представляет собой раздавленное ядро массивной звезды, в которой закончилось топливо, она схлопнулась под собственным весом и взорвалась как сверхновая.
Нейтронная звезда упаковывает массу, эквивалентную полумиллиону Земли, в сферу диаметром около 12 миль, что примерно равно длине острова Манхэттен в Нью-Йорке.В то время как типичные нейтронные звезды обладают магнитными полями в триллионы раз сильнее земных, эруптивная активность, наблюдаемая от магнитаров, требует полей еще в 1000 раз сильнее. На сегодняшний день астрономы подтвердили только 23 магнетара.Поскольку твердая кора нейтронной звезды заблокирована для ее интенсивного магнитного поля, разрушение одной немедленно влияет на другую.
Трещина в коре приведет к перетасовке магнитного поля, или внезапная реорганизация магнитного поля может вместо этого привести к растрескиванию поверхности. В любом случае, изменения вызывают внезапное высвобождение накопленной энергии в виде мощных всплесков, которые вызывают вибрацию корки, движение, которое запечатлевается в сигналах гамма-лучей и рентгеновских лучей всплеска.Чтобы сотрясать нейтронную звезду, требуется невероятное количество энергии.
Самым близким сравнением на Земле является чилийское землетрясение 1960 года силой 9,5 баллов, которое считается самым мощным из когда-либо зарегистрированных по стандартной шкале, используемой сейсмологами. В таком масштабе, сказал Уоттс, звездное землетрясение, связанное с гигантской вспышкой магнетара, достигло бы магнитуды 23.Буря-взрыв 2009 г. произошла от SGR J1550−5418, объекта, обнаруженного обсерваторией Эйнштейна НАСА, работавшей с 1978 по 1981 год. Расположенный на расстоянии около 15000 световых лет в созвездии Норма, магнетар оставался спокойным до октября 2008 года, когда он вошел в период эруптивной активности, который закончился в апреле 2009 года.
Иногда объект производил сотни взрывов всего за 20 минут, и самые сильные взрывы выделяли больше энергии, чем Солнце за 20 лет. Высокоэнергетические инструменты на многих космических аппаратах, включая NASA Swift и Rossi X-ray Timing Explorer, обнаружили сотни гамма-и рентгеновских взрывов.
Выступая на Пятом международном симпозиуме Ферми в Нагое, Япония, 21 октября, Уоттс сказал, что новое исследование изучило 263 отдельных всплеска, обнаруженных GBM Ферми, и подтвердило вибрации в частотных диапазонах, которые ранее наблюдались при гигантских вспышках. «Мы думаем, что это, вероятно, скручивающие колебания звезды, когда кора и ядро, связанные сверхсильным магнитным полем, колеблются вместе», — пояснила она. «Мы также обнаружили в одном всплеске колебание с частотой, которую никогда раньше не видели и которую мы до сих пор не понимаем».Ключевым элементом исследования является новая методика анализа, разработанная исследователем из Амстердамского университета Даниэлой Хуппенкотен. Обычно ученые ищут колебания в данных с высокой энергией, ища вариации, соответствующие определенной частоте.
Такие методы лучше всего подходят для обнаружения сильного сигнала с небольшой конкуренцией, а не для слабого сигнала, погруженного в яркую и быстро меняющуюся среду, такую как вспышка.Хуппенкотен сравнивает эту проблему с обнаружением ряби от камня, брошенного в тихий пруд. «А теперь представьте, что вы находитесь в центре Северной Атлантики во время шторма и ищете рябь среди огромных волн в бурлящем море», — объяснила она. «Наши старые методы действительно не подходили для этого, но я, по сути, разработал способ учета волнения на море, чтобы мы могли обнаруживать рябь даже в штормовых условиях».Статья с описанием исследования, которое возглавлял Хуппенкотен, появилась в номере журнала Astrophysical Journal от 1 июня.
Несмотря на то, что существует множество попыток описать недра нейтронных звезд, ученым не хватает наблюдательных деталей, чтобы выбирать между различными моделями. Нейтронные звезды достигают плотности, намного превышающей досягаемость лабораторий, а их внутренняя часть может превышать плотность атомного ядра в 10 раз. Более подробная информация о том, как всплески встряхивают эти звезды, откроет теоретикам новое важное окно для понимания их внутренней структуры.
«Прямо сейчас, — добавил Уоттс, — мы ждем новых вспышек — и, если нам повезет, гигантской вспышки — чтобы воспользоваться превосходными возможностями GBM».
