Devyni nauji ir egzotiški padarai Pulsaro zoologijos sodui

Tyrėjai, naudojantys MeerKAT Pietų Afrikoje, atrado devynių milisekundžių pulsarus, kurių dauguma yra retose ir kartais neįprastose dvejetainėse sistemose, kaip pirmąjį tikslinės apklausos rezultatą. Tarptautinė komanda, daug prisidėjusi iš AEI (Hanoveris) ir MPIfR (Bonoje), iš NASA Fermi gama spindulių kosminio teleskopo stebėjimų atrinko 79 neatpažintus į pulsarus panašius šaltinius ir stebėjo juos radijo dažniais su MeerKAT.

Šio išbandyto metodo naudojimas su naujos kartos teleskopų matrica turi didelių pranašumų, palyginti su ankstesniais tyrimais. Komanda atrado devynis greitai besisukančius neutroninės žvaigždės, dauguma jų pasižymi neįprastomis savybėmis. Jų tyrimai paskelbti Karališkosios astronomijos draugijos mėnesiniai pranešimai.

„Mūsų TRAPUM tyrime buvo naudojamas MeerKAT, palyginti naujas ir ypač jautrus radijo teleskopas, kartu su specialia analizės programine įranga, kad būtų galima stebėti labai perspektyvių pulsaras– kaip šaltiniai“, – sako Colinas Clarkas, Makso Planko gravitacinės fizikos instituto (Alberto Einšteino institutas; AEI) Hanoverio grupės vadovas ir pagrindinis tyrimo autorius. „Atlygis už mūsų pastangas galime didžiuotis: mes atrado devynis naujus milisekundžių pulsaraikai kurie iš jų yra gana neįprasti“.

Komanda naudojo išbandytą metodą, kad atrastų naujus milisekundžių pulsarus. Sudaromas Fermi Large Area Telescope katalogas gama spindulių šaltiniai iš aštuonerių metų stebėjimų su NASA Fermi gama spindulių kosminiu teleskopu. Šiame kataloge pateikiama informacija apie šaltinių dangaus padėtį, jų gama spindulių energiją ir jų gama spindulių ryškumo pokyčius laikui bėgant.

“Mes naudojome mašininio mokymosi metodus, kad nustatytų visų Fermi katalogo šaltinių, nesusijusių su žinomais dangaus objektais, pulsaro tikimybę”, – aiškina Clarkas. “Kai mes nustatėme labiausiai į pulsarą panašius šaltinius Fermi kataloge, mes sumažinome savo tikslinių šaltinių sąrašą iki tų šaltinių, kuriuos greičiausiai būtų galima aptikti mūsų apklausoje. Su MeerKAT stebėjome 79 šaltinius.”

MeerKAT suteikia precedento neturintį jautrumą pietiniame danguje

MeerKAT yra 64 antenų rinkinys, kurių kiekvienos efektyvusis skersmuo yra 13,5 metro Karoo mieste, Pietų Afrikoje. MeerKAT suteikia precedento neturintį jautrumą šaltiniams pietiniame dangaus pusrutulyje ir gali aptikti šaltinius, kurie yra maždaug penkis kartus silpnesni nei bet kurie, kuriuos galima rasti naudojant kitą galingiausią pietų pusrutulio teleskopą.

TRansients ir pulsarai, naudojantys MeerKAT (TRAPUM) Large Survey Project, naudoja šį jautrumą ieškodami naujų pulsarų tose dangaus vietose, kur jie greičiausiai bus rasti: rutuliniuose spiečių, netoliese esančiose galaktikose, supernovų liekanose ir šiuo atveju neatpažintuose. gama spindulių šaltiniai. Tam reikėjo sukurti specialią kompiuterinę įrangą, kuri sujungia duomenis iš MeerKAT antenų į vieną virtualų didelį radijo teleskopą, galintį vienu metu stebėti beveik 500 arti esančių dangaus pozicijų.

Šiame TRAPUM Fermi šaltinių tyrime buvo panaudotas papildomas MeerKAT suteiktas jautrumas, kad stebėjimo laikas sutrumpėtų iki 10 minučių, daug trumpiau nei valandos trukmės stebėjimai, kurių anksčiau reikėjo norint rasti pulsarus šiuose šaltiniuose.

Trumpi stebėjimai turi daug privalumų: per ribotą stebėjimo laiką galima nukreipti daugiau šaltinių. Šaltiniai gali būti stebimi pakartotinai, o tai padidina galimybę stebėti naują radijo pulsarą, nes jie gali būti neaptikti pirmojo tyrimo metu. TRAPUM pulsar tyrimas atliko du kiekvieno šaltinio stebėjimus. Trumpų stebėjimų analizė yra mažiau sudėtinga nei ilgesnių stebėjimų analizė. Galiausiai, orbitinis judėjimas dvejetainėse sistemose gali apsunkinti radijo pulsarų aptikimą. Per trumpą stebėjimo laiką pulsaro judėjimas yra beveik pastovus, todėl žalingas orbitos judėjimo pasikeitimo poveikis yra sumažinamas.

Be didelio jautrumo, MeerKAT masyvas suteikia dar vieną pranašumą, palyginti su kitais vieno lėkštės teleskopais. Jo 8 kilometrų pėdsakas leidžia labai tiksliai nustatyti naujų šaltinių vietą, todėl galima greitai atlikti tolesnius tyrimus kitais bangos ilgiais.

Devyni nauji milisekundžių pulsarai

Norint ieškoti pulsarų dideliame kiekyje duomenų, gautų atliekant TRAPUM stebėjimus, reikia daug skaičiavimo galios ir greito apsisukimo, kad būtų atlaisvinta saugyklos vietos tolesniems stebėjimams.

“Mes paleidome specialiai sukurtus duomenų analizės vamzdynus 120 grafikos apdorojimo blokų (GPU) tam skirtame skaičiavimo klasteryje, kad peržiūrėtume MeerKAT tyrimo stebėjimus. Greitai radome devynių milisekundžių impulsų kandidatus ir juos visus patvirtinome papildomais MeerKAT stebėjimais”, – sakoma pranešime. Ewan Barr, Max Planck radijo astronomijos instituto grupės vadovas ir TRAPUM projekto mokslininkas.

“Puiku, kad mes taip pat galime panaudoti patvirtinimo stebėjimus, kad patikslintume dangaus pozicijas su MeerKAT galimybe tirti dangų tankiame tinkle. Tai yra neįkainojama tolesniems tyrimams skirtinguose bangos ilgiuose.”

Tvirtas pulsaras-baltasis nykštukas dvejetainis

Vienas iš atradimų, vadinamas PSR J1526-2744, vėliau buvo atidžiai ištirtas. Po šio radijo pulsaro aptikimo dvejetainėje sistemoje tyrėjai taip pat užfiksavo neutroninės žvaigždės gama spindulių pulsacijas. Naudodami visus turimus Fermi duomenis, jie galėjo tiksliai ištirti orbitinis judėjimas ir nustatyti dvejetainės sistemos savybes. Labiausiai tikėtina, kad neutroninė žvaigždė aplink bendrą masės centrą su lengva balta nykštuke apskrieja per kiek mažiau nei penkias valandas. Tai paverstų ją pulsaro ir baltosios nykštukės dvejetaine sistema, turinti antrą trumpiausią orbitos periodą.

Komanda taip pat ieškojo nuolatinių gravitacinių bangų iš PSR J1526-2744. Jei neutroninė žvaigždė būtų deformuota, ji skleistų gravitacines bangas dvigubai didesniu nei sukimosi dažnis. Tyrėjai naudojo visus viešai prieinamus Advanced LIGO duomenis iš O1, O₂ir O₃ bėga. Kadangi jie tiksliai žinojo pulsaro judėjimą dvejetainėje sistemoje iš gama spindulių stebėjimų, tyrėjų komanda pasiekė didžiausią įmanomą gravitacinių bangų paieškos jautrumą.

Gravitacinės bangos

Nors komanda nepastebėjo jokių ištisinių gravitacinių bangų iš PSR J1526–2744, jie galėjo išmatuoti, kiek neutroninė žvaigždė nukrypsta nuo tobulos ašies simetrijos. “Dabar žinome, kad PSR J1526-2744 iš tikrųjų yra labai simetriškas. Mes parodėme, kad neutroninės žvaigždės pusiaujas negali nukrypti nuo tobulo apskritimo daug daugiau nei žmogaus plauko plotis”, – sako mokslų daktarė Anjana Ashok. nuolatinės nepriklausomos Maxo Plancko tyrimų grupės „Nuolatinės gravitacinės bangos“ studentas AEI Hanoveryje, vadovavęs gravitacinių bangų paieškai.

Kiti du pulsarai, vadinami PSR J1036–4353 ir PSR J1803–6707, yra tipiškos „raudonosios galinės“ pulsarinės sistemos, susidedančios iš neutroninių žvaigždžių su kompanionėmis, kurių masė yra bent ketvirtadalis mūsų Saulės masės. Šie pulsarai laikui bėgant išgaruoja ir sunaikina savo kompanionus, taigi yra nuoroda į jų bendravardį – Australijos raudonuodegius vorus, kurių patelės po poravimosi suėda patinus.

Greitai ir tiksliai nustatę pulsarų padėtis, naudodamiesi unikaliomis MeerKAT galimybėmis, astronomai identifikavo savo palydovus Gaia astrometrijos misijos žvaigždžių kataloge ir ištyrė juos specialiais optiniais stebėjimais naudodami ULTRACAM kamerą ant ESO naujųjų technologijų teleskopo. Be to, jie rado rentgeno spindulius iš PSR J1803–6707 pirmojo eROSITA viso dangaus tyrimo duomenyse. Tikėtina, kad rentgeno spinduliai kyla dėl energingo pulsarinio vėjo, trenkiančio iš kompaniono išgaravusią medžiagą, ir yra būdingi redback sistemoms.

Kataloge slypi pulsarai

Sunku patikimai įvertinti dar neaptiktų pulsarų, slypinčių nesusijusiuose į pulsarus panašiuose Fermi šaltiniuose, skaičių. Nepaisant to, astronomai yra įsitikinę, kad būsimi stebėjimai gali atrasti dar keletą milisekundžių pulsarų. Tiksliniame sąraše yra keli kandidatai, kurie, greičiausiai, yra pulsarai. Tačiau iki šiol keliose apklausose radijo bangų ar gama spindulių pulsacijos nerasta. Nauji teleskopai, analizės metodai ir pakartotiniai stebėjimo bandymai vieną dieną gali atskleisti jų pulsarinį pobūdį. Su ilgesniu Fermi stebėjimo laiku pagrindinis šaltinių katalogas augs ir atsiras papildomų į pulsarą panašių šaltinių, kurie taps potencialiais taikiniais.

“Mūsų rezultatai, kurie yra tik pirmieji iš TRAPUM Fermi šaltinių tyrimo, jau rodo didelį MeerKAT potencialą. Su MeerKAT ir specialia programine įranga mes galime ne tik atrasti, bet ir greitai bei tiksliai lokalizuoti naujus milisekundžių pulsarus.” sako Clarkas. „MeerKAT stebėjimai labai padeda atliekant kelių bangų ilgio stebėjimus, katalogų paieškas ir būsimus stebėjimus arba, kitaip tariant, gaminant milisekundžių pulsarų dovanas, kurios ir toliau dovanojamos.