Gli astronomi dell'ARC Center of Excellence for Gravitational Wave Discovery (OzGrav) e del CSIRO hanno appena osservato bizzarri, comportamento mai visto prima da una magnetar radio-rumorosa, un raro tipo di stella di neutroni e uno dei magneti più potenti dell'universo.

Le loro nuove scoperte, pubblicato oggi su Avvisi mensili della Royal Astronomical Society ( MNRAS ), suggeriscono che le magnetar hanno campi magnetici più complessi di quanto si pensasse in precedenza, che possono mettere in discussione le teorie su come nascono ed evolvono nel tempo.

Le magnetar sono un raro tipo di stella di neutroni rotante con alcuni dei campi magnetici più potenti dell'universo. Gli astronomi hanno rilevato solo 30 di questi oggetti all'interno e intorno alla Via Lattea, la maggior parte dei quali rilevati dai telescopi a raggi X in seguito a un'esplosione ad alta energia.

Però, una manciata di queste magnetar è stata anche vista emettere impulsi radio simili alle pulsar, le cugine meno magnetiche delle magnetar che producono fasci di onde radio dai loro poli magnetici. Tracciare il modo in cui gli impulsi di questi magnetar radiofonici cambiano nel tempo offre una finestra unica sulla loro evoluzione e geometria.

A marzo 2020, una nuova magnetar chiamata Swift J1818.0-1607 (in breve J1818) è stata scoperta dopo aver emesso un brillante lampo di raggi X. Le rapide osservazioni di follow-up hanno rilevato impulsi radio provenienti dalla magnetar. Curiosamente, l'aspetto degli impulsi radio da J1818 era molto diverso da quelli rilevati da altre magnetar radio-rumorose.

La maggior parte degli impulsi radio delle magnetar mantiene una luminosità costante su un'ampia gamma di frequenze di osservazione. Però, gli impulsi di J1818 erano molto più luminosi alle basse frequenze rispetto alle alte frequenze, in modo simile a quanto si vede nelle pulsar, un altro tipo più comune di stella di neutroni che emette radio.

Per comprendere meglio come si sarebbe evoluto J1818 nel tempo, un team guidato da scienziati dell'ARC Center of Excellence for Gravitational Wave Discovery (OzGrav) lo ha osservato otto volte utilizzando il radiotelescopio CSIRO Parkes (noto anche come Murriyang ) tra maggio e ottobre 2020.

Durante questo periodo, hanno scoperto che la magnetar ha subito una breve crisi di identità:a maggio stava ancora emettendo gli insoliti impulsi simili a pulsar che erano stati rilevati in precedenza; però, entro giugno, aveva iniziato a oscillare tra uno stato luminoso e uno debole. Questo comportamento di sfarfallio ha raggiunto un picco a luglio, quando gli astronomi lo videro sfarfallare avanti e indietro tra impulsi radio simili a pulsar e magnetar.

"Questo comportamento bizzarro non è mai stato visto prima in nessun'altra magnetar ad alto volume, " spiega l'autore principale dello studio e studente di dottorato della Swinburne University/CSIRO Marcus Lower. "Sembra che sia stato solo un fenomeno di breve durata, come dalla nostra prossima osservazione, si era stabilito in modo permanente in questo nuovo stato simile a magnetar."

Gli scienziati hanno anche cercato la forma dell'impulso e i cambiamenti di luminosità a diverse frequenze radio e hanno confrontato le loro osservazioni con un modello teorico di 50 anni fa. Questo modello prevede la geometria prevista di una pulsar, in base alla direzione di torsione della sua luce polarizzata.

"Dalle nostre osservazioni, abbiamo scoperto che l'asse magnetico di J1818 non è allineato con il suo asse di rotazione, " dice Lower. "Invece, il polo magnetico che emette radio sembra essere nel suo emisfero sud, situato appena sotto l'equatore. La maggior parte delle altre magnetar hanno campi magnetici allineati con i loro assi di rotazione o sono un po' ambigui. Questa è la prima volta che vediamo definitivamente una magnetar con un polo magnetico disallineato".

Sorprendentemente, questa geometria magnetica sembra essere stabile nella maggior parte delle osservazioni. Ciò suggerisce che eventuali cambiamenti nel profilo degli impulsi sono semplicemente dovuti a variazioni nell'altezza degli impulsi radio emessi sopra la superficie della stella di neutroni. Però, il 1 agosto ^ns L'osservazione del 2020 si distingue come una curiosa eccezione.

"Il nostro miglior modello geometrico per questa data suggerisce che il raggio radio si sia brevemente capovolto verso un polo magnetico completamente diverso situato nell'emisfero settentrionale della magnetar, "dice Basso.

Una netta mancanza di qualsiasi cambiamento nella forma del profilo dell'impulso del magnetar indica che le stesse linee del campo magnetico che attivano gli impulsi radio "normali" devono essere responsabili anche degli impulsi visti dall'altro polo magnetico.

Lo studio suggerisce che questa è la prova che gli impulsi radio di J1818 provengono da loop di linee di campo magnetico che collegano due poli ravvicinati, come quelli visti collegare i due poli di una calamita a ferro di cavallo o le macchie solari sul sole. Questo è diverso dalla maggior parte delle normali stelle di neutroni, che dovrebbero avere i poli nord e sud sui lati opposti della stella che sono collegati da un campo magnetico a forma di ciambella.

Questa peculiare configurazione del campo magnetico è supportata anche da uno studio indipendente degli impulsi di raggi X da J1818 che sono stati rilevati dal telescopio NICER a bordo della Stazione Spaziale Internazionale. I raggi X sembrano provenire da una singola regione distorta di linee di campo magnetico che emergono dalla superficie magnetar o da due più piccole, ma ravvicinati, regioni.

Queste scoperte hanno potenziali implicazioni per le simulazioni al computer di come nascono e si evolvono le magnetar per lunghi periodi di tempo, poiché le geometrie del campo magnetico più complesse cambieranno la velocità con cui si prevede che i loro campi magnetici decadano nel tempo. Inoltre, le teorie che suggeriscono che i lampi radio veloci possono provenire da magnetar dovranno tenere conto degli impulsi radio potenzialmente provenienti da più siti attivi all'interno dei loro campi magnetici.

Catturare un'inversione tra i poli magnetici in azione potrebbe anche offrire la prima opportunità di mappare il campo magnetico di una magnetar.

"Il telescopio Parkes osserverà la magnetar da vicino nel prossimo anno", afferma lo scienziato e coautore dello studio Simon Johnston, dal CSIRO Astronomia e Scienze Spaziali.