Astronomen van het ARC Center of Excellence for Gravitational Wave Discovery (OzGrav) en CSIRO hebben zojuist bizarre, nooit eerder vertoond gedrag van een radio-luide magnetar - een zeldzaam type neutronenster en een van de sterkste magneten in het universum.

Hun nieuwe bevindingen, vandaag gepubliceerd in de Maandelijkse mededelingen van de Royal Astronomical Society ( MNRAS ), suggereren dat magnetars complexere magnetische velden hebben dan eerder werd gedacht, die theorieën over hoe ze worden geboren en zich in de loop van de tijd ontwikkelen, in twijfel kunnen trekken.

Magnetars zijn een zeldzaam type roterende neutronenster met enkele van de krachtigste magnetische velden in het universum. Astronomen hebben slechts 30 van deze objecten in en rond de Melkweg gedetecteerd - de meeste gedetecteerd door röntgentelescopen na een uitbarsting met hoge energie.

Echter, van een handvol van deze magnetars is ook gezien dat ze radiopulsen uitzenden die vergelijkbaar zijn met pulsars - de minder magnetische neven van magnetars die bundels radiogolven produceren vanaf hun magnetische polen. Door te volgen hoe de pulsen van deze radio-luide magnetars in de loop van de tijd veranderen, biedt dit een uniek inzicht in hun evolutie en geometrie.

In maart 2020, een nieuwe magnetar genaamd Swift J1818.0-1607 (kortweg J1818) werd ontdekt nadat deze een heldere röntgenstraal uitzond. Snelle vervolgwaarnemingen detecteerden radiopulsen afkomstig van de magnetar. nieuwsgierig, het uiterlijk van de radiopulsen van J1818 was heel anders dan die van andere radio-luide magnetars.

De meeste radiopulsen van magnetars behouden een consistente helderheid over een breed scala aan waarnemingsfrequenties. Echter, de pulsen van J1818 waren veel helderder bij lage frequenties dan hoge frequenties - vergelijkbaar met wat wordt gezien in pulsars, een ander, meer algemeen type radio-emitterende neutronenster.

Om beter te begrijpen hoe J1818 in de loop van de tijd zou evolueren, een team onder leiding van wetenschappers van het ARC Center of Excellence for Gravitational Wave Discovery (OzGrav) heeft het acht keer waargenomen met behulp van de CSIRO Parkes-radiotelescoop (ook bekend als Murriyang ) tussen mei en oktober 2020.

Gedurende deze periode, ze ontdekten dat de magnetar een korte identiteitscrisis doormaakte:in mei straalde hij nog steeds de ongebruikelijke pulsar-achtige pulsen uit die eerder waren gedetecteerd; echter, tegen juni, het was begonnen te flikkeren tussen een heldere en een zwakke toestand. Dit flikkerende gedrag bereikte een piek in juli, toen de astronomen het heen en weer zagen flikkeren tussen pulsar-achtige en magnetar-achtige radiopulsen.

"Dit bizarre gedrag is nog nooit eerder gezien in een andere radio-luide magnetar, " legt hoofdauteur van de studie en Swinburne University / CSIRO PhD-student Marcus Lower uit. "Het lijkt slechts een kortstondig fenomeen te zijn geweest, zoals bij onze volgende waarneming, het was permanent in deze nieuwe magnetar-achtige staat terechtgekomen."

De wetenschappers zochten ook naar pulsvorm en helderheidsveranderingen bij verschillende radiofrequenties en vergeleken hun waarnemingen met een 50 jaar oud theoretisch model. Dit model voorspelt de verwachte geometrie van een pulsar, gebaseerd op de draairichting van het gepolariseerde licht.

"Van onze waarnemingen, we ontdekten dat de magnetische as van J1818 niet is uitgelijnd met zijn rotatie-as, "zegt Lower. "In plaats daarvan, de radio-emitterende magnetische pool lijkt zich op het zuidelijk halfrond te bevinden, net onder de evenaar gelegen. De meeste andere magnetars hebben magnetische velden die zijn uitgelijnd met hun spin-assen of een beetje dubbelzinnig zijn. Dit is de eerste keer dat we definitief een magnetar hebben gezien met een verkeerd uitgelijnde magnetische pool."

Opmerkelijk, deze magnetische geometrie lijkt stabiel te zijn over de meeste waarnemingen. Dit suggereert dat eventuele veranderingen in het pulsprofiel eenvoudigweg te wijten zijn aan variaties in de hoogte van de radiopulsen die boven het oppervlak van de neutronenster worden uitgezonden. Echter, de 1 augustus ^NS Waarneming in 2020 valt op als een merkwaardige uitzondering.

"Ons beste geometrische model voor deze datum suggereert dat de radiostraal kort overging naar een geheel andere magnetische pool op het noordelijk halfrond van de magnetar, ' zegt Lager.

Een duidelijk gebrek aan veranderingen in de vorm van het pulsprofiel van de magnetar geeft aan dat dezelfde magnetische veldlijnen die de 'normale' radiopulsen activeren, ook verantwoordelijk moeten zijn voor de pulsen gezien vanaf de andere magnetische pool.

De studie suggereert dat dit het bewijs is dat de radiopulsen van J1818 afkomstig zijn van lussen van magnetische veldlijnen die twee dicht bij elkaar liggende polen met elkaar verbinden, zoals die gezien worden die de twee polen van een hoefijzermagneet verbinden of zonnevlekken op de zon. Dit is anders dan de meeste gewone neutronensterren, die naar verwachting noord- en zuidpolen hebben aan weerszijden van de ster die zijn verbonden door een donutvormig magnetisch veld.

Deze eigenaardige magnetische veldconfiguratie wordt ook ondersteund door een onafhankelijke studie van de röntgenpulsen van J1818 die werden gedetecteerd door de NICER-telescoop aan boord van het internationale ruimtestation. De röntgenstralen lijken afkomstig te zijn van ofwel een enkel vervormd gebied van magnetische veldlijnen die uit het magnetische oppervlak komen of twee kleinere, maar dicht bij elkaar, Regio's.

Deze ontdekkingen hebben mogelijke implicaties voor computersimulaties van hoe magnetars worden geboren en gedurende lange tijd evolueren, omdat complexere magnetische veldgeometrieën zullen veranderen hoe snel hun magnetische velden naar verwachting in de loop van de tijd zullen afnemen. Aanvullend, theorieën die suggereren dat snelle radio-uitbarstingen afkomstig kunnen zijn van magnetars, zullen rekening moeten houden met radiopulsen die mogelijk afkomstig zijn van meerdere actieve plaatsen binnen hun magnetische velden.

Het vangen van een flip tussen magnetische polen in actie zou ook de eerste mogelijkheid kunnen bieden om het magnetische veld van een magnetar in kaart te brengen.

"De Parkes-telescoop zal de magnetar het komende jaar nauwlettend in de gaten houden", zegt wetenschapper en co-auteur Simon Johnston, van de CSIRO Astronomy and Space Science.