Сотрудники Пущинской радиоастрономической обсерватории Астрокосмического центра ФИАН (ПРАО АКЦ ФИАН) разгадали тайну циклических колебаний в скорости вращения пульсара В1642-03. Причиной колебаний являются регулярные сбои необычного, медленного вида, при которых скорость вращения звезды возрастает в течение 500 дней и затем возвращается в исходное состояние в течение нескольких лет. Удивительные свойства этих сбоев дают возможность прогнозировать дату и амплитуду следующих сбоев на любое количество лет вперед.
Пульсары – это быстро вращающиеся, сильно намагниченные нейтронные звезды, излучение которых регистрируется в виде импульсов, следующих друг за другом с исключительно строгим периодом повторения. Этот новый класс объектов космического радиоизлучения был открыт сотрудниками Кембриджского университета более 40 лет назад – в 1967 году. Именно в этом году аспирантка будущего Нобелевского лауреата Энтони Хьюиша зарегистрировала импульсы радиоизлучения от первого пульсара B1919+21. Сразу после сообщения об открытии пульсаров в феврале 1968 года на многих обсерваториях мира были начаты работы по поиску и исследованию новых источников космического радиоизлучения. Сотрудники Пущинской обсерватории Физического института им. П. Н. Лебедева РАН были готовы к наблюдениям пульсаров уже в марте 1968 года.
«Высокая стабильность периодов повторения импульсов дает возможность рассматривать пульсары как точно идущие часы, обладающие небольшим внутренним шумом. Для выявления малых изменений в периодах вращения мы должны проводить регулярные наблюдения пульсаров в течение многих лет, - рассказывает ведущий научный сотрудник Пущинской радиоастрономической обсерватории АКЦ ФИАН, кандидат физ.-мат. наук Татьяна Шабанова. – Наблюдения выполняются на радиотелескопе с большой эффективной площадью - Большой сканирующей антенне с использованием многоканального приемника, специально предназначенного для приема импульсного радиоизлучения пульсаров».
В настоящее время известно уже более 1800 пульсаров с периодами от 1.5 миллисекунд до 4.3 секунд Скорость вращения всех без исключения пульсаров непрерывно уменьшается со временем. Это происходит из-за того, что часть кинетической энергии вращения нейтронной звезды переходит в электромагнитное излучение. Такое регулярное уменьшение скорости вращения называется вековым торможением вращения нейтронной звезды. Однако помимо этого процесса для некоторых пульсаров могут наблюдаться еще и случайные, скачкообразные изменения – так называемые сбои, во время которых скорость вращения звезды резко и непредсказуемо увеличивается за несколько минут. Первый такой сбой был обнаружен в 1969 г. австралийскими астрономами Манчестером и Радхакришнан у пульсара В0833-45, находящегося в созвездии Парус в южном полушарии неба.
Сбои периода – это очень редкое явление. К настоящему времени они выявлены в скорости вращения лишь 63 пульсаров. Сбои можно рассматривать как сейсмические явления, которые происходят на нейтронной звезде и которые дают уникальный метод для исследования внутренних областей нейтронной звезды. Для объяснения причины возникновения сбоев была предложена двухкомпонентная модель нейтронной звезды.
«Согласно этой модели пульсар состоит из твердой коры и внутреннего сверхтекучего компонента. Первое предположение о причине возникновения сбоев было связано со звездотрясениями - неожиданными разломами коры нейтронной звезды, которые могут несколько раз возникать в течение жизни пульсара. Второе предположение объясняет причину появления сбоев внезапной перестройкой взаимодействия между твердой корой и тонким слоем внутреннего сверхтекучего компонента, который расположен непосредственно под корой и вращается быстрее, чем твердая кора», - объясняет Татьяна Шабанова.
Предположение о возможности существования сбоев другого типа, с медленным возрастанием скорости вращения звезды, было высказано американским теоретиком Дж. Гринстейном в 1970-х годах. Экспериментальные доказательства существования таких сбоев были получены лишь два десятилетия спустя - группой под руководством Татьяны Шабановой во время многолетних (с 1991 г.) наблюдений за пульсаром В1822-09. Наблюдения показали, что медленные сбои обычно следуют один за другим и вызывают циклические колебания в скорости вращения звезды. При медленных сбоях скорость вращения сначала увеличивается в течение нескольких сотен дней, а затем спадает до прежнего значения. И так несколько раз.
«С 1995 по 2004 гг. в скорости вращения пульсара В1822-09 наблюдалось три необычных, медленных сбоя. Необычных потому, что скорость вращения во время сбоя увеличивалась не мгновенно, за минуты, как при нормальных сбоях, а медленно – в течение 200 - 300 дней», - рассказывает руководитель работы.
Теперь сотрудники ПРАО АКЦ ФИАН обнаружили медленные сбои у другого пульсара - В1642-03. Этот космический объект исследовался астрономами всего мира в течение 40 лет. Четко выраженный циклический характер остаточных уклонений, демонстрирующих вариации в моментах прихода импульсов после исключения векового торможения звезды, хорошо виден на рис. 1. Ранее предполагалось, что циклический вид сбоев этого пульсара был обусловлен поворотом оси вращения нейтронной звезды. Пущинские астрофизики разгадали тайну этих колебаний. Причиной колебаний являются восемь медленных сбоев. Но самое главное, что между параметрами этих сбоев ученые выявили две четкие зависимости – наличие модуляции амплитуд сбоев периодической пилообразной функцией и наличие линейной зависимости между амплитудой сбоя и интервалом до следующего сбоя.
«Чем больше была амплитуда сбоя, - комментирует Татьяна Шабанова, - тем длиннее был промежуток времени до следующего сбоя. Самым замечательным свойством было то, что амплитуда сбоев модулировалась пилообразной функцией. Поэтому амплитуда изменялась дискретно в строго определенной последовательности, задаваемой пилообразной функцией. Так что, зная амплитуду текущего сбоя, можно предсказать дату и амплитуду всех последующих».
Подтверждение расчетам пущинских астрофизиков будет получено в 2013 году – именно на этот год они прогнозируют следующий девятый сбой пульсара В1642-03. Эпоха и амплитуда для этого сбоя также уже предсказаны.
АНИ «ФИАН-информ»
