Zdjęcie: NASA/CXC/ICRAR/Curtin University/Z. Wang et al/JPL/CalTech/IPAC/SARAO/MeerKAT/SAO/N. Wolk
W nowym zwrocie akcji odkrycie to oznacza, że po raz pierwszy silne promienie rentgenowskie zostały powiązane z obiektem, który może być obiektem przejściowym o długim okresie. Astronomowie po raz pierwszy zauważyli tę tajemniczą nową klasę obiektów w 2022 roku, a do tej pory znaleziono ich mniej niż tuzin.
„Przejściowe obiekty o długim okresie (radiowe) (LPT) to niedawno zidentyfikowana klasa obiektów kosmicznych, które emitują jasne błyski fal radiowych co kilka minut do kilku godzin” — powiedział dr Andy Wang, wykładowca w Curtin Institute of Radio Astronomy w Australii, w wiadomości e-mail. „Czym są te obiekty i w jaki sposób generują swoje niezwykłe sygnały, pozostają tajemnicą”.
Obiekt o nazwie ASKAP J1832-0911 znajduje się około 15 000 lat świetlnych od Ziemi w tej samej galaktyce, co nasz Układ Słoneczny.
Emisje rentgenowskie, odkryte przez obserwatorium rentgenowskie Chandra NASA, mogą być kluczem do pomocy astronomom w lepszym zrozumieniu prawdziwej natury tych intrygujących obiektów kosmicznych i ich pulsującego zachowania.
„Promienie rentgenowskie zwykle pochodzą z ekstremalnie gorących i energetycznych środowisk, więc ich obecność sugeruje, że obiektowi przydarzyło się coś dramatycznego” — powiedział Wang, główny autor badania opisującego obserwacje, które zostało opublikowane w środę w czasopiśmie Nature.
Według Wanga długotrwałe przejściowe zmiany wydają się być bardziej energetyczne, niż wcześniej sądzono, jeśli mogą wytwarzać promienie rentgenowskie, które mają większą energię niż fale radiowe.
Obraz nieba przedstawia obszar wokół ASKAP J1832-0911. Obserwacje rentgenowskie pochodzą z obserwatorium rentgenowskiego Chandra należącego do NASA, dane radiowe pochodzą z południowoafrykańskiego radioteleskopu MeerKAT, a dane w podczerwieni pochodzą z Kosmicznego Teleskopu Spitzera należącego do NASA.
Kosmiczna zagadka
Teraz naukowcy próbują ustalić źródło fal radiowych i promieni rentgenowskich ASKAP J1832-0911, które nie pasują do żadnego schematu kategoryzacji, i czy rzeczywiście reprezentują one długookresowy stan przejściowy lub ekscentryczny obiekt odstający.
Początkowo zespół uważał, że obiekt może być magnetarem lub gęstą pozostałością gwiazdy o niezwykle silnym polu magnetycznym lub parą gwiazd, w której znajduje się silnie namagnesowana martwa gwiazda zwana białym karłem. Jednak żadna z tych opcji nie pasowała do jasnych i zmiennych emisji fal radiowych i promieni rentgenowskich, powiedzieli naukowcy.
„Ten obiekt nie przypomina niczego, co widzieliśmy wcześniej” — powiedział Wang. „Nawet te teorie nie wyjaśniają w pełni tego, co obserwujemy. To odkrycie może wskazywać na nowy typ fizyki lub nowe modele ewolucji gwiazd”.
Astronomowie prześledzili poprzednie wykrycie przejściowego sygnału o długim okresie, ogłoszone w marcu, do białego karła, który krąży blisko wokół małej, chłodnej czerwonej gwiazdy karła. Obie gwiazdy krążą wokół siebie tak blisko, że ich pola magnetyczne oddziałują na siebie, emitując długie rozbłyski radiowe.
W tym badaniu naukowcy wykryli sygnały w świetle widzialnym i podczerwonym, które odpowiadały sygnałom, które obserwowali, co sugeruje, że mogą one należeć do dwóch różnych typów obiektów. Zespół Wanga nie dokonał takich obserwacji ASKAP J1832-0911, powiedział.
Zbliżenie na złożony obraz przedstawiający jasność ASKAP J1832-0911 w świetle rentgenowskim i radiowym.
Charlie Kilpatrick, współautor badania z marca, nazwał nowe odkrycie „ekscytującym”. Nie brał udziału w nowych badaniach.
„Natura tego źródła łączy przepaść między najbardziej ekstremalnymi magnetarami a białymi karłami, co mówi nam, jak ekstremalne mogą być (te) kompaktowe obiekty” — napisał Kilpatrick, adiunkt badawczy w Centrum Interdyscyplinarnej Eksploracji i Badań Astrofizycznych Uniwersytetu Northwestern w Illinois, w wiadomości e-mail.
Wang powiedział, że przyszłe obserwacje rentgenowskie mogą ujawnić więcej informacji o obiekcie, takich jak jego temperatura i rozmiar, co pozwoliłoby badaczom określić źródło. Jednak nowe odkrycia już zmieniają sposób, w jaki Wang i jego współpracownicy myślą o długookresowych sygnałach przejściowych.
Wykrycie szansy
Radioastronomowie regularnie skanują niebo za pomocą Australian Square Kilometre Array Pathfinder, czyli ASKAP, znajdującego się w Wajarri Yamaji Country w Australii Zachodniej i obsługiwanego przez australijską Commonwealth Scientific and Industrial Research Organization, czyli CSIRO.
Wang i jego współpracownicy po raz pierwszy odebrali jasny sygnał z obiektu w grudniu 2023 r. Następnie obiekt wyemitował niezwykle jasne impulsy fal radiowych w lutym 2024 r. Wang powiedział, że mniej niż 30 znanych obiektów na niebie kiedykolwiek osiągnęło taką jasność w falach radiowych.
Radioteleskop ASKAP można zobaczyć w kraju Wajarri Yamaji w Australii Zachodniej.
Zbiegiem okoliczności obserwatorium rentgenowskie Chandra wskazywało na coś innego, ale udało mu się uchwycić obserwacje rentgenowskie „szalonej” jasnej fazy przejściowej o długim okresie, powiedział Wang.
„Odkrycie, że ASKAP J1832-0911 emituje promienie rentgenowskie, przypominało szukanie igły w stogu siana” — powiedział Wang. „Radioteleskop ASKAP ma szerokie pole widzenia nocnego nieba, podczas gdy Chandra obserwuje tylko jego ułamek. Tak więc, na szczęście, Chandra obserwowała ten sam obszar nocnego nieba w tym samym czasie”.
W przeciwieństwie do szybko wirujących gwiazd neutronowych zwanych pulsarami, które emitują impulsy trwające od milisekund do sekund, ASKAP J1832-0911 okresowo zmieniał intensywność fal radiowych i rentgenowskich co 44 minuty. Obiekt również tracił intensywność fal rentgenowskich i radiowych. Obserwacje przeprowadzone przez Chandrę sześć miesięcy później, w sierpniu 2024 r., nie wykazały żadnych promieni rentgenowskich.
Zespół wykorzystał również instrument CRACO, czyli Coherent Radio Astronomy Core, który został niedawno opracowany w celu wykrywania tajemniczych szybkich rozbłysków radiowych, czyli milisekundowych błysków fal radiowych i innych zjawisk niebieskich. Instrument może szybko skanować i przetwarzać dane, aby wykrywać rozbłyski i precyzyjnie określać ich lokalizację.
„To tak, jakby przeszukiwać całą plażę z piaskiem w poszukiwaniu jednej pięciocentowej monety co minutę” — powiedział dr Keith Bannister, astronom i inżynier z CSIRO, który pomógł opracować instrument.
Jednak CRACO jest również w stanie wykryć długie impulsy radiowe i pomógł zespołowi ustalić, że serie fal radiowych się powtarzały. Inne obserwacje wykazały, że powtarzały się również promienie rentgenowskie.
Dane z teleskopów w Stanach Zjednoczonych, RPA i Indiach oraz współpracowników z całego świata sprawiły, że to niezwykle rzadkie odkrycie stało się prawdziwie globalnym wysiłkiem — powiedział Wang.
W przyszłości Wang i jego zespół będą kontynuować poszukiwania kolejnych obiektów emitujących te długie impulsy radiowe.
„Znalezienie jednego takiego obiektu wskazuje na istnienie wielu innych” — powiedział w oświadczeniu współautor badania dr Nanda Rea, profesor w Instytucie Nauk Kosmicznych i Instytucie Studiów Kosmicznych Katalonii w Hiszpanii. „Odkrycie jego przejściowej emisji promieni rentgenowskich otwiera nowe spojrzenie na ich tajemniczą naturę”.