Wetenschappers van het Moskouse Instituut voor Natuurkunde en Technologie, Ruimteonderzoeksinstituut van de Russische Academie van Wetenschappen (IKI), en Pulkovo Observatory ontdekten een unieke neutronenster, waarvan het magnetische veld alleen zichtbaar is wanneer de ster onder een bepaalde hoek ten opzichte van de waarnemer wordt gezien. Eerder, alle neutronensterren kunnen worden gegroepeerd in twee grote families:de eerste omvatte objecten waar het magnetische veld zich tijdens de hele spincyclus manifesteert, en de andere bevatte objecten waar het magnetische veld helemaal niet wordt gemeten. De door de onderzoekers bestudeerde neutronenster GRO J2058+42 geeft pas inzicht in de interne structuur van het magnetische veld van een neutronenster in een bepaalde fase van zijn rotatieperiode. Het werk werd gepubliceerd in de Astrofysische journaalbrieven .

De neutronenster in het GRO J2058+42-systeem werd bijna een kwart eeuw geleden ontdekt met het Compton Gamma-Ray Observatory (CGRO) in de VS. Het behoort tot de klasse van de zogenaamde transiënte röntgenpulsars. Dit object werd bestudeerd met verschillende instrumenten en niets onderscheidde het van andere objecten van zijn klasse. Alleen recente waarnemingen met het NuSTAR-ruimteobservatorium dat een uitstekende combinatie heeft van de hoge energieresolutie ( <400 eV) en extreem breed energiebereik (3-79 keV), stelde de wetenschappers in staat om een ​​bijzonder kenmerk in de emissie van de pulsar te detecteren, mogelijk waardoor het het eerste object van zijn eigen familie is.

In het bronenergiespectrum werd een cyclotron-absorptielijn geregistreerd waarmee de magnetische veldsterkte van de neutronenster kan worden geschat. Een dergelijk waarnemingsverschijnsel (cyclotronlijn) is niet nieuw en wordt momenteel waargenomen in ongeveer 30 röntgenpulsars. Het unieke van de ontdekking van de Russische wetenschappers is dat deze lijn zich alleen manifesteert wanneer de neutronenster onder een bepaalde hoek ten opzichte van de waarnemer wordt gezien. Deze ontdekking was mogelijk dankzij een gedetailleerde "tomografische" analyse van het systeem. Röntgenspectra van de neutronenster GROJ2058+42 werden gemeten vanuit tien verschillende richtingen en slechts in één daarvan werd een significante verlaging van de emissie-intensiteit rond 10 keV gevonden. Deze energie komt ongeveer overeen met de magnetische veldsterkte van 1012 G aan het oppervlak van de neutronenster. Het verkregen resultaat is vooral interessant vanwege een gelijktijdige registratie van hogere harmonischen van de cyclotronlijn bij dezelfde rotatiefase van de neutronenster.

Neutronensterren zijn superdichte objecten met een straal van ongeveer 10 km en een massa van 1,4-2,5 keer de massa van de zon. Neutronensterren worden geboren als gevolg van supernova-explosies die kunnen leiden tot een zodanige compressie van de materie dat elektronen versmelten met protonen en neutronen vormen, resulterend in kolossale massa's in kleine volumes. Bovendien, de magnetische veldsterkte aan het oppervlak van de neutronenster na de ineenstorting kan 1011-1012 G bereiken (wat tientallen miljoenen keren hoger is dan bereikt in de krachtigste aardlaboratoria). Typisch, neutronensterren hebben een dipoolconfiguratie van het magnetische veld, d.w.z. ze hebben twee polen (vergelijkbaar met de aarde, die de magnetische noord- en zuidpool heeft).

Sommige neutronensterren kunnen binaire systemen vormen met normale sterren, het vangen van materie van hun normale metgezellen en het accreteren op magnetische polen Dit proces lijkt enigszins op de aarde die zonnewinddeeltjes opvangt, wat resulteert in een fenomeen dat bekend staat als een aurora. Als de rotatie-as van de neutronenster niet samenvalt met zijn magnetische as, de waarnemer zal een periodiek signaal registreren, als een van een vuurtoren, en de ster verschijnt als een röntgenpulsar.

GRO J2058+42 is een zeer eigenaardige röntgenpulsar omdat de emissie ervan alleen kan worden waargenomen tijdens heldere uitbarstingen. Dergelijk gedrag wordt verklaard door het feit dat de begeleidende ster in dit systeem tot de zogenaamde klasse Be-sterren behoort. Zulke sterren roteren zo snel om hun as dat er zich een uitstromende (of een zogenaamde decretie) schijf van materie vormt rond hun evenaar. Terwijl de neutronenster rond een normaalcomponent met een hoge massa beweegt, de materie van zo'n schijf begint naar het oppervlak te stromen, wat leidt tot een uitbarsting, of een snelle toename van de helderheid. Dit zijn ideale momenten om de fysieke eigenschappen van dergelijke objecten te bestuderen.

Dergelijke onderzoeken worden doorgaans gecompliceerd door het feit dat uitbarstingen in de meeste van dergelijke systemen vrij zeldzaam zijn en niet betrouwbaar kunnen worden voorspeld. Daarom, het is belangrijk om observaties snel te organiseren met ruimteobservatoria wanneer dergelijke gebeurtenissen plaatsvinden. Wetenschappers van de bovengenoemde instituten hadden het geluk om het begin van een nieuwe uitbarsting van GRO J2058+42 te vangen en snel een reeks waarnemingen te organiseren met het NuSTAR-observatorium. Deze waarnemingen toonden aan dat het magnetische veld zich alleen manifesteert tijdens bepaalde fasen van de rotatie van de neutronenster, wat kan wijzen op de ongebruikelijke configuratie of eigenaardigheden in de geometrie van het systeem. De verkregen resultaten waren zo intrigerend dat de Russische wetenschappers contact opnamen met hun collega's van het NuSTAR-team en voorstelden om aanvullende waarnemingen uit te voeren die de eerste bevindingen bevestigden.

In het algemeen, mogelijke inhomogeniteiten in de magnetische veldstructuur van neutronensterren werden voorspeld door theoretische berekeningen, maar eerder werd aangenomen dat dergelijke inhomogeniteiten alleen ontstonden door korte uitbarstingen, waargenomen vanuit magnetars. De ontdekking door de Russische wetenschappers bewees voor het eerst dat het magnetische veld van een neutronenster een aanzienlijk complexere structuur heeft dan eerder werd aangenomen, en dat deze complexe structuur vrij lang zijn vorm kan behouden en een fundamentele eigenschap van een object kan zijn.

Alexander Lutovinov, Professor van de Russische Academie van Wetenschappen, Adjunct-directeur voor onderzoek bij Space Research Institute, MIPT-professor, en een van de ontdekkingsauteurs, zei, "De structuur van magnetische velden van neutronensterren is een fundamentele kwestie van de vorming en evolutie ervan. Aan de ene kant, de dipoolstructuur van de voorloperster moet behouden blijven tijdens de ineenstorting, maar aan de andere kant, zelfs onze eigen zon heeft lokale inhomogeniteiten in het magnetische veld die zich manifesteren als zonnevlekken. Soortgelijke structuren werden theoretisch ook voorspeld voor neutronensterren. Het is geweldig om ze voor het eerst in echte data te zien. De theoretici zullen nu nieuwe feitelijke gegevens hebben voor hun modellering, en we zullen een nieuwe tool hebben om parameters van neutronensterren te bestuderen."