Tijekom 174 sata promatranja pulsara PSR J1227−4853 astronomi su zabilježili 235 iznimno snažnih radijskih impulsa. Riječ je o prvom takvom opažanju kod tranzicijskog milisekundnog pulsara. Pojedini impulsi bili su i do 10.000 puta jači od prosječnog impulsa tog pulsara, a u jednoj epizodi pojačane aktivnosti u samo jednom satu zabilježeno ih je 114.
Pulsar koji prelazi iz jednog stanja u drugo
Pulsari su neutronske zvijezde, vrlo gusti ostaci masivnih zvijezda nastali nakon eksplozije supernove. Brzo se okreću i emitiraju uske snopove zračenja. Kad jedan od tih snopova pri svakoj rotaciji prijeđe preko Zemlje, radioteleskop registrira pravilan radijski impuls. PSR J1227−4853 izniman je po brzini rotacije: oko svoje osi okrene se jednom u približno 1,69 milisekundi, odnosno gotovo 600 puta u sekundi.
Riječ je o tranzicijskom milisekundnom pulsaru u dvojnom sustavu. Njegova prateća zvijezda može mu povremeno predavati materijal. Oko neutronske zvijezde tada se može oblikovati akrecijski disk, a sustav postaje snažan izvor X-zračenja. Kad se dotok materijala smanji, sustav se može vratiti u pulsarsko stanje i ponovno emitirati pravilne radijske impulse. Takvi sustavi omogućuju praćenje prijelaza između akrecijskog i pulsarskog stanja.
Najkraći impuls trajao je 1,28 mikrosekundi
Promatranja su provedena nadograđenim radioteleskopom Giant Metrewave Radio Telescope (uGMRT) u Indiji, u frekvencijskom rasponu od 550 do 750 megaherca. U novom znanstvenom radu objavljenom u časopisu The Astrophysical Journal istraživači navode da su zabilježili 235 takvih impulsa. Najkraći je trajao 1,28 mikrosekundi, dok je najintenzivniji bio približno deset tisuća puta jači od prosječnog impulsa tog pulsara.
Impulsi nisu bili ravnomjerno raspoređeni tijekom promatranja. Tijekom epizode pojačane aktivnosti 6. prosinca 2020. radioteleskop je u samo jednom satu zabilježio 114 impulsa. Autori navode da je stopa tijekom te epizode dosegnula 124 impulsa na sat. U razdobljima bez pojačane aktivnosti pulsar je bio razmjerno tih, a zatim je u kratkom vremenu proizveo velik broj snažnih impulsa.
Impulsi nastaju u ograničenom dijelu magnetosfere
Analiza faze rotacije pokazala je da se impulsi ne pojavljuju nasumično. Gotovo svi pripadali su dvjema uskim skupinama unutar glavnog pulsa, dok u području između njih nisu zabilježeni. To upućuje na ograničeno područje njihova nastanka unutar magnetosfere.
Ni razmaci između impulsa nisu bili slučajni. Statistička analiza pokazala je da se pojavljuju u skupinama: nakon jednog impulsa veća je vjerojatnost da će uslijediti sljedeći. Takav obrazac može pomoći u razumijevanju načina na koji se čestice ubrzavaju i kako se energija magnetskog polja pretvara u kratki radijski signal.
U laboratoriju nije moguće stvoriti takve uvjete. Neutronska zvijezda može imati masu sličnu Sunčevoj, ali promjer od svega nekoliko desetaka kilometara. Brza rotacija i snažno magnetsko polje stvaraju magnetosferu u kojoj se čestice gibaju gotovo brzinom svjetlosti. Ovakva mjerenja pomažu astronomima odrediti gdje se u magnetosferi oslobađa energija.
Sličnost s brzim radijskim bljeskovima
Istraživači su raspored impulsa PSR-a J1227−4853 usporedili s ponašanjem ponavljajućeg brzog radijskog bljeska FRB 20200120E. U oba slučaja bljeskovi se pojavljuju u skupinama, a ne u pravilnom slijedu. To je sličnost u obrascu opažanja i samo po sebi ne pokazuje da pulsari i brzi radijski bljeskovi imaju isti izvor.
Brzi radijski bljeskovi u pravilu dolaze iz vrlo udaljenih galaksija i mnogo su snažniji od pojedinačnih impulsa pulsara. PSR J1227−4853 nalazi se u našoj Galaksiji, pa astronomi mogu pratiti njegovu aktivnost od jednog impulsa do drugog. Ta blizina omogućuje detaljno mjerenje pojave koja bi kod udaljenog bljeska bila zabilježena samo kao kratak signal.
Prvi takav slučaj kod tranzicijskih pulsara
Dosad su iznimno snažni impulsi zabilježeni tek kod malog broja pulsara. PSR J1227−4853 prvi je tranzicijski milisekundni pulsar kod kojeg je opaženo takvo ponašanje. Otkriće povezuje dvije rijetke značajke: prijelaz između akrecijskog i pulsarskog stanja te nagle, iznimno snažne radijske impulse. Pritom još nije jasno utječe li promjena dotoka materijala na njihov nastanak.
Jedno promatračko razdoblje nije dovoljno za konačan zaključak. Potrebna su nova promatranja na različitim frekvencijama, usporedba s X-zračnim podacima i praćenje sustava dok prelazi iz jednog stanja u drugo. Ako se impulsi pojavljuju samo u određenoj fazi prijelaza, to bi bio važan trag o ulozi akrecijskog diska i magnetskog polja. Ako se javljaju neovisno o tome, uzrok bi trebalo tražiti u geometriji magnetosfere.
PSR J1227−4853 astronomima daje rijedak uvid u promjene jednog od najgušćih i najbrže rotirajućih objekata u svemiru. Nova promatranja trebala bi pokazati pojavljuju li se iznimno snažni impulsi samo u određenim fazama rada sustava ili su dio šireg ponašanja njegove magnetosfere.
