Apakah misteri kosmik telah terpecahkan? Bintang ekstrem mungkin memegang kunci ledakan radio misterius

Hubungan global untuk pulsar, magnetar, dan kemungkinan ledakan radio cepat.

Tim peneliti internasional yang dipimpin oleh Michael Kramer dan Kuo Liu dari Max Planck Institute for Radio Astronomy di Bonn, Jerman, mempelajari objek langka tersebut. Menggolongkan bintang yang sangat padat, yang disebut magnetar, untuk mengungkap hukum dasar yang tampaknya berlaku secara universal pada sekelompok objek yang dikenal sebagai bintang neutron. Hukum ini memberikan wawasan tentang bagaimana sumber-sumber ini menghasilkan emisi radio dan mungkin memberikan kaitan dengan kilatan cahaya radio yang misterius, semburan radio yang cepat, yang berasal dari alam semesta yang jauh.

Hasilnya dipublikasikan di jurnal Astronomi alam.

Gambar 1: Kesan seniman terhadap magnetar Bintang neutron memancarkan cahaya radio yang ditenagai oleh energi yang disimpan dalam medan magnet ultra-kuat, menyebabkan ledakan yang merupakan salah satu peristiwa paling dahsyat yang pernah diamati di alam semesta. Kredit: © Michael Kramer/MPIfR

Memahami bintang neutron

Bintang neutron adalah inti bintang masif yang runtuh, mengkonsentrasikan hingga dua kali massa Matahari ke dalam bola dengan diameter kurang dari 25 kilometer (15 mil). Akibatnya, materi di sana merupakan materi terpadat di alam semesta yang dapat diamati, dengan elektron dan proton dikompresi untuk membentuk neutron, itulah sebabnya dinamakan demikian. Lebih dari 3.000 bintang neutron dapat diamati sebagai pulsar radio, ketika mereka memancarkan sinar radio yang dapat dilihat sebagai sinyal berdenyut dari Bumi, ketika bintang tersebut berputar. pulsar Ia memancarkan cahayanya ke arah teleskop kita.

Magnetar dan sifat uniknya

Medan magnet pulsar sudah seribu miliar kali lebih kuat dari medan magnet bumi, namun ada sekelompok kecil bintang neutron yang memiliki medan magnet 1.000 kali lebih kuat! Inilah yang disebut magnetar.

Dari sekitar 30 magnetar yang diketahui, enam juga ditemukan memancarkan radio, setidaknya kadang-kadang. Magnetar ekstragalaksi dianggap sebagai asal mula semburan radio cepat (FRB). Untuk mempelajari hubungan ini, para peneliti dari Max Planck Institute for Radio Astronomy (MPIfR), dengan bantuan rekan-rekannya di Universitas Manchester, memeriksa denyut magnetar secara rinci dan menemukan substruktur di dalamnya. Ternyata struktur pulsar serupa juga terlihat pada pulsar, pulsar milidetik, dan pulsar lainnya. Bintang neutron Sumber yang dikenal sebagai Rotating Radio Transients.

Penemuan hukum pengukuran universal

Yang mengejutkan mereka, para peneliti menemukan bahwa skala waktu magnetar dan jenis bintang neutron lainnya semuanya mengikuti hubungan universal yang sama, berskala persis dengan periode rotasi. Fakta bahwa bintang neutron dengan periode rotasi kurang dari beberapa milidetik dan bintang neutron dengan periode rotasi sekitar 100 detik berperilaku seperti magnetar menunjukkan bahwa asal mula fundamental dari struktur subpulsa harus sama untuk semua bintang neutron dengan a frekuensi radio tinggi. . Ini mengungkapkan informasi tentang plasma Proses yang bertanggung jawab atas emisi radio itu sendiri, dan memberikan peluang untuk menjelaskan struktur serupa yang muncul dalam semburan radio cepat sebagai akibat dari periode rotasi yang sesuai.

Wawasan dari tim peneliti

“Saat kami membandingkan emisi magnetar dengan emisi ledakan radio cepat, kami mengharapkan kesamaan,” kenang Michael Kramer, penulis pertama makalah dan direktur MPIfR. “Apa yang tidak kami duga adalah bahwa semua bintang radio-neutron yang bersuara keras memiliki skala global yang sama.”

“Kami berharap magnetar ditenagai oleh energi medan magnet, sementara bintang-bintang lain ditenagai oleh energi rotasinya sendiri,” lanjut Ku Liu. “Beberapa dari mereka sudah tua, beberapa dari mereka masih sangat muda, namun mereka semua tampaknya mengikuti hukum ini.”

Teleskop radio Effelsberg 100 meter. Kredit: © Raymond Berbicara (PKC-SA 4.0)

Gregory Desvigny menjelaskan eksperimennya: “Kami mengamati magnetar menggunakan teleskop radio 100 meter di Eifelsberg dan juga membandingkan hasil kami dengan data arsip, karena magnetar tidak selalu mengeluarkan emisi radio.”

“Karena emisi radio dari magnetar tidak selalu ada, seseorang harus fleksibel dan bereaksi dengan cepat, yang dapat dilakukan dengan teleskop seperti yang ada di Eifelsberg,” tegas Ramesh Karuppusamy.

Menghubungkan FRB dan magnetar

Bagi Ben Stubbers, salah satu penulis penelitian ini, aspek yang paling menarik dari hasil ini adalah kemungkinan adanya koneksi ke ledakan radio cepat: “Jika setidaknya beberapa ledakan radio cepat berasal dari magnetar, skala waktu infrastruktur dalam ledakan tersebut akan meningkat. dapat memberi tahu kita periode rotasinya.” Dari sumber magnet utama. Jika kita menemukan periodisitas ini dalam data, maka ini akan menjadi tonggak sejarah dalam menafsirkan semburan radio cepat jenis ini sebagai sumber radio.

“Dengan informasi ini, pencarian dimulai!” Michael Kramer menyimpulkan.

informasi tambahan

Magnetar adalah salah satu bintang neutron paling aktif karena medan magnetnya yang sangat tinggi. Dari 30 magnetar yang ditemukan hingga saat ini, hanya enam yang diketahui menunjukkan emisi radio. Baru-baru ini, minat penelitian terhadap sifat-sifatnya meningkat secara dramatis karena kemungkinan hubungannya dengan semburan radio cepat (FRB). Semburan radio cepat (FRB) adalah semburan emisi radio berdurasi milidetik yang dihasilkan oleh sumber ekstragalaksi. Meskipun asal muasal semburan radio ini belum diketahui, magnetar diperkirakan menjadi salah satu sumber semburan radio yang cepat.

Substruktur dengan emisi jangka pendek terkonsentrasi terdeteksi dalam sinyal radio pulsar tak lama setelah pertama kali ditemukan. Biasanya, substruktur memiliki karakteristik dan lebar kuasi-periodik, yang keduanya diketahui mengembang seiring dengan periode rotasi pulsar. Hubungan ini telah terjalin dalam pulsar fundamental selama beberapa dekade, dan telah diperluas hingga mencakup jumlah pulsar milidetik dalam beberapa tahun terakhir. Baru-baru ini, jenis “pulsa mikro” berdurasi pendek yang sama juga terlihat pada beberapa semburan radio cepat, yang menunjukkan adanya proses emisi serupa pada kedua skenario.

Penelitian ini menggunakan pengamatan keenam magnetar keras yang dilakukan oleh teleskop Eifelsberg 100 meter pada pita CX (4-8 GHz) dan beberapa teleskop radio kelas 100 meter lainnya di seluruh dunia.

Referensi: “Struktur subpulsa kuasi-periodik sebagai fitur pemersatu bintang neutron pemancar radio” oleh Michael Kramer, Kuo Liu, Gregory Desevenes, Ramesh Karuppusamy, dan Ben W. Stubbers, 23 November 2023, Astronomi alam.
doi: 10.1038/s41550-023-02125-3

Penulis makalah ini adalah Michael Kramer, Qu Liu, Gregory Desvines, Ramesh Karuppusamy, dan Ben W. Stubbers. Empat penulis pertama semuanya berasal dari Institut Max Planck untuk Astronomi Radio.