Астрономы зафиксировали нетипичную активность в окрестностях редкого пульсара PSR J1227−4853. В ходе семнадцатидесятичетырехчасового радионаблюдения было зарегистрировано 235 крайне коротких и интенсивных импульсов, причем во время одного из наиболее активных периодов за один час отмечено сразу 114 таких вспышек. Яркость некоторых из них оказалась примерно в десять тысяч раз выше среднего уровня радиоизлучения данного пульсара.

PSR J1227−4853 классифицируется как переходный миллисекундный пульсар — редкий тип нейтронных звёзд, входящих в двойные звездные системы и способных переходить между различными состояниями. В одном из этих состояний звезда аккрецирует вещество от своего компаньона и активно излучает рентгеновское излучение, а в другом функционирует как обычный радиопульсар, получая энергию для излучения за счет быстрого вращения.

PSR J1227−4853 совершает полный оборот с поразительной скоростью: один период занимает приблизительно 1,69 миллисекунды. Интерес исследователей был вызван характеристиками его магнитного поля и высокой скоростью потери энергии вращения — параметрами, которые у некоторых других пульсаров коррелируют с проявлением гигантских радиоимпульсов.

Эти импульсы существенно отличаются от регулярных периодических сигналов, генерируемых пульсаром. Они характеризуются очень короткой продолжительностью, но при этом могут быть во много раз мощнее среднего уровня излучения источника. До настоящего времени данное явление было зафиксировано лишь у небольшой группы известных пульсаров, а для переходного миллисекундного пульсара оно было надёжно зарегистрировано впервые.

Для проведения исследования группа, возглавляемая Саптарши Саркаром из Национального центра радиоастрофизики Индии, применила модернизированный гигантский метроволновый радиотелескоп uGMRT. В рамках работы ученые проанализировали данные многолетних наблюдений в диапазоне частот от 550 до 750 МГц, тщательно исключив помехи, вызванные земными источниками.

В результате анализа было подтверждено наличие 235 гигантских импульсов. Продолжительность самых коротких из них составляла всего 1,28 микросекунды, а пиковая плотность потока некоторых вспышек превышала среднее значение для пульсара приблизительно в 10 000 раз.

Зафиксирована весьма нетипичная активность 6 декабря 2020 года: в течение часа наблюдения телескоп зафиксировал сразу 114 гигантских импульсов. Согласно статистической модели, характерной для этого периода, средняя ожидаемая частота составляла приблизительно 124 импульса в час, что на два порядка превышает обычный уровень активности источника.

Обнаружено, что импульсы возникают не хаотично на протяжении периода вращения звезды. Основная масса импульсов приходится на две конкретные области основного радиосигнала. При этом в той части профиля излучения, где гигантские импульсы наблюдаются у некоторых других пульсаров, исследователи их не выявили. Это позволяет предположить, что вспышки формируются в строго определенных зонах магнитосферы нейтронной звезды.

Две области излучения демонстрировали заметные различия. Импульсы, исходящие из одной из них, как правило, имели значительно меньшую продолжительность; именно там были зафиксированы события с минимальной длительностью – всего 1,28 микросекунды. Исследователи предполагают, что такие расхождения могут быть обусловлены особенностями физических процессов, протекающих в различных областях магнитосферы.

Неожиданным оказалось распределение вспышек во времени. Если бы каждый гигантский импульс возникал независимо от предыдущих, интервалы между ними должны были бы иметь случайный характер. Однако наблюдения продемонстрировали четкую тенденцию к группировке импульсов: периоды полного отсутствия сигнала сменялись сериями частых вспышек.

Особый интерес у исследователей вызвало сходство наблюдаемой статистики с характеристиками повторяющегося быстрого радиовсплеска FRB 20200120E. В период повышенной активности параметры временной группировки импульсов PSR J1227−4853 оказались статистически сопоставимы со значениями, зарегистрированными во время серии вспышек этого источника.

Быстрые радиовсплески – это чрезвычайно мощные и кратковременные радиоимпульсы космического происхождения. Природа некоторых из них до сих пор остается предметом научных исследований. В связи с этим возможное подобие в поведении гигантских импульсов пульсара и повторяющихся радиовсплесков представляет собой значительный научный интерес.

Тем не менее, исследователи акцентируют внимание на том, что наличие статистического подобия не служит доказательством единого физического принципа. На текущем этапе речь идёт лишь о схожести характера распределения вспышек во времени. Для установления более тесной взаимосвязи между этими явлениями необходимы данные наблюдений других переходных миллисекундных пульсаров.

В настоящее время PSR J1227−4853 остаётся единственным переходным миллисекундным пульсаром, обладающим подходящим радиосостоянием и подвергшимся достаточно детальному изучению на предмет наличия гигантских импульсов. В связи с этим научный коллектив пока не располагает информацией о том, является ли подобное поведение характерной чертой для всего этого редкого класса нейтронных звёзд или же PSR J1227−4853 представляет собой уникальный случай.

Совершённое открытие указывает на то, что переходные миллисекундные пульсары могут демонстрировать значительно более сложную радиоактивность, чем предполагалось ранее. Продолжение наблюдений за подобными системами позволит глубже понять природу возникновения гигантских радиоимпульсов и выяснить, способны ли схожие процессы играть роль в некоторых быстрых радиовсплесках.

Исследование опубликовано в журнале The Astrophysical Journal.