Сверхмощный глитч молчавшего 10 лет пульсара PSR J1637−4642 выдал секрет его недр

Молодая нейтронная звезда PSR J1637−4642, за которой исследователи наблюдали на протяжении полутора десятилетий, почти десять лет хранила стабильность, пока в 2018 году её вращение не ускорилось скачкообразным образом. Частота вращения возросла сразу на 17,54 микрогерца. Данное явление, известное в астрофизике как глитч, в дальнейшем повторилось ещё дважды за следующие шесть лет. Научный коллектив из Сямэньского университета (КНР) выполнил детальный анализ архивных данных, полученных с помощью радиотелескопа «Марриянг» (обсерватория Паркс, Австралия) в период с февраля 2009 по октябрь 2024 года.

Пульсары представляют собой высокоскоростные нейтронные звёзды, которые транслируют в пространстве узконаправленные потоки радиоволн. При каждом обороте этот луч пересекает земной сектор обзора, что дает возможность фиксировать вращение с ювелирной точностью. Периодически такие объекты дают сбои: их вращение внезапно ускоряется. Точные причины этих аномалий остаются дискуссионными, однако доминирующая теория связывает их с динамическим взаимодействием между твёрдой оболочкой пульсара и сверхтекучим веществом в его глубинах — уникальной фазой материи с нулевой вязкостью. Когда скрытый в сверхтекучем «депо» вращательный момент резко передаётся внешней коре, приборы фиксируют скачкообразный рост частоты.

PSR J1637−4642 — крайне юный по космическим меркам объект возрастом около 41 тысячелетия, совершающий один полный оборот за 154 миллисекунды. После своего открытия он почти десять лет сохранял неизменный ритм. Первый и наиболее мощный глитч 2018 года поднял частоту примерно на 2,7 миллионной доли. Спустя примерно три года произошёл второй сбой, оказавшийся в тысячу раз слабее предыдущего, а ещё через 2,7 года зафиксировали третий скачок промежуточной интенсивности. Разброс масштабов между этими тремя инцидентами превышает три порядка.

Исключительно первый глитч 2018 года сопровождался заметной фазой стабилизации: сразу после толчка частота не зафиксировалась на новой отметке моментально, а плавно снижалась в течение приблизительно 100 суток. Эффект восстановления оказался минимальным — отыгралось лишь 1,5% от общей величины скачка, тогда как 98,5% прироста закрепились навсегда. Для двух последующих, более слабых толчков улавлимого периода релаксации выявить не удалось.

Для интерпретации полученных данных исследователи задействовали «модель вихревой ползучести», описывающую процесс постепенной передачи момента импульса от сверхтекучих глубин к твёрдой коре. Проведённый байесовский анализ продемонстрировал, что на этот внутренний резервуар приходится около 1,87% от суммарного момента инерции светила. Полученная цифра удивительно точно соотносится с теоретическими расчётами для сверхтекучего слоя в недрах нейтронных звёзд. Вычисленное время релаксации (порядка 102 дней) позволило оценить внутреннюю температуру пульсара вблизи отметки 100 миллионов кельвинов, что полностью укладывается в рамки стандартных моделей остывания объектов аналогичного возраста.

Полученные итоги примечательны тем, что годами казавшиеся невозмутимыми пульсары способны аккумулировать колоссальные механические напряжения в глубинных структурах, внезапная разрядка которых приводит к мощнейшим глитчам. При этом три разномасштабных скачка (с разницей более чем в тысячу раз), произошедшие в недрах одной и той же звезды, плохо вписываются в тривиальные схемы накопления энергии, намекая на сложную, вероятно, стохастическую природу подобных сбоев. Дальнйший мониторинг PSR J1637−4642 поможет точнее определить интервалы между глитчами и глубже проникнуть в тайны поведения сверхтекучей материи внутри нейтронных звёзд.

Источник: iXBT