Величезні спалахи тихих магнітарів мають дивовижне джерело

Питання, яке залишалося без відповіді чверть століття щодо найбільших магнітних полів у Всесвіті, знову привертає увагу. Ці загадкові поля формуються навколо магнетарів у спосіб, який до цього моменту був лише теоретичним. Згідно з доктором Андрієм Ігошевим, провідним дослідником з Університету Лідса, їхні моделювання нарешті розв’язали суперечки, що тривали 25 років. Дослідження зосереджувалося на народженні та еволюції нейтронної зірки — компактного зоряного ядра, яке залишається після колапсу масивної зірки.

Чому магнетари такі потужні

Магнетар — це нейтронна зірка з магнітним полем, яке може бути в мільярди разів сильнішим, ніж будь-яке поле на Землі. Такі екстремальні умови спричиняють спалахи рентгенівського випромінювання, які важко пояснити, що змушує астрономів шукати нові пояснення активності цих дивовижних об’єктів.

«Магнетари відіграють особливу роль у сучасній високочастотній астрофізиці. Вони вважаються центральними механізмами над’яскравих наднових і наддовгих гамма-сплесків. Крім того, вони виробляють принаймні частину загадкових швидких радіосплесків», — зазначають дослідники.

Деякі магнетари демонструють значно слабші дипольні магнітні поля, але все одно продукують потужні спалахи. Це викликало питання, чому менш інтенсивні магнетари мають подібні властивості до своїх сильніших аналогів.

Наслідки вибуху наднової прискорюють обертання зірки

Коли масивна зірка вичерпує запас пального, вона колапсує, викидаючи матеріал у космос і залишаючи після себе маленьке, швидко обертове ядро. Частина цієї речовини повертається назад у процесі, який називається падінням назад (fallback), і цей приплив маси розкручує зорю швидше, ніж очікувалося. Дослідження показало, що таке прискорене обертання сприяє формуванню прихованих магнітних структур. Таким чином, залишки наднової прямо впливають на поведінку зірки в майбутньому.

Як формуються потужні магнітні поля

Механізм, відомий як динамо Тейлера-Шпруїта, передбачає, що диференціальне обертання всередині гарячого і щільного ядра магнетара викликає магнітні нестабільності. Хоча ця теорія існувала вже багато років, досі не було остаточного підтвердження, що саме вона відповідає за певні магнітні структури.

«Магнетари зі слабкими дипольними полями можуть формуватися завдяки механізму Тейлера-Шпруїта всередині протонейтронної зірки», — пояснив доктор Ігошев.

Це відкриття підтверджує існування альтернативного механізму формування потужних магнітних полів у зірках, які не демонструють класичних ультрасильних зовнішніх магнітних сигналів.

Слабкі магнетари з потужними спалахами

«Рентгенівські спостереження показують, що у двох випадках слабкі магнетари мають локальні магнітні поля, які у 10–100 разів сильніші за їхнє загальне дипольне поле», — зазначив доктор Ігошев. Незважаючи на слабке зовнішнє поле, ці зірки все одно випромінюють інтенсивні енергетичні спалахи, подібно до своїх могутніх «родичів».

Об’єкти, такі як SGR 0418+5729 і Swift J1882.3-1606, підтверджують, що зовнішні виміри магнітного поля не завжди відображають його внутрішню складність. Високоенергетичні сплески, що спостерігаються у цих зірках, доводять, що приховані магнітні структури можуть спричиняти несподівані явища.

Тихі зірки з величезними викидами енергії

Дослідники вважають, що ці відкриття допомагають краще зрозуміти моделі наднових і причини вибухових проявів нейтронних зірок. Динамічні процеси всередині протонейтронної зірки можуть пояснити не тільки спостережувані магнітні структури, а й аномально потужні гамма-сплески, які досі залишалися загадкою.

Що нас чекає далі?

Майбутні космічні обсерваторії зможуть надати нові дані, які допоможуть науковцям краще зрозуміти, як саме формуються складні магнітні поля магнетарів. Ці глибокі магнітні мережі відіграють ключову роль у визначенні енергетичної активності таких зірок, що потенційно пояснює, чому деякі магнетари випромінюють потужні спалахи, а інші залишаються відносно спокійними. Розуміння внутрішньої структури магнетарів також допоможе передбачати, які з них можуть продукувати раптові й інтенсивні вибухи енергії. Це може покращити прогнозування космічних подій, що впливають на навколишнє середовище в космосі.

Дослідження показало, що процеси, які відбуваються одразу після вибуху наднової, мають величезний вплив на майбутню еволюцію нейтронної зірки. Виявлені приховані механізми в ядрах таких зірок значно складніші, ніж вважалося раніше, що змушує науковців переглянути існуючі уявлення про екстремальні космічні явища. Дослідження опубліковане в журналі Nature Astronomy.