Периодическое излучение пульсаров возникает благодаря их удивительно быстрому вращению. Недавно открытые карликовые пульсары имеют период в тысячи секунд, что не поддается пониманию. Ученые выдвинули гипотезу о том, что в их ядрах могут находиться «странные» кварки.
Группа ученых под руководством профессора Чжоу Ся из Синьцзянской астрономической обсерватории Китайской академии наук достигла значительных успехов в изучении радиопульсаров со сверхдлинным периодом (ultra-long-period radio transients, сокращенно ULPT) — таинственного класса астрофизических объектов. Они выдвинули предположение, что эти удивительные источники могут являться медленно вращающимися, очень компактными пульсарами-карликами с принципиально новой физикой ядра. Результаты исследования опубликованы в журнале The Astrophysical Journal.
Периоды вращения ULPT достигают тысяч секунд, что на несколько порядков превышает диапазон обычных радиопульсаров, где время измеряется в десятых, сотых и даже тысячных долях секунды. Согласно стандартной теории пульсаров, такие крайне медленные космические вращатели должны находиться ниже так называемой «линии смерти» радиопульсара — их энергия вращения недостаточна для обеспечения периодического радиоизлучения. Мы все наблюдали, как игрушечный волчок остается в вертикальном положении лишь при быстром вращении. При снижении угловой скорости он падает.
Недавно идентифицированные источники, такие как GLEAM-X J1627-52 и GPM J1839-10, показывают долгопериодическую активность в радиодиапазоне, что представляет собой непреодолимую проблему для существующих моделей.
Стремясь разгадать парадоксальную природу этих источников, ученые предположили, что эти редкие ULPT могут быть «странными» карликовыми пульсарами. Под «странностью» в данном контексте подразумевается свойство s-кварков, которые частично или полностью формируют вещество их ядра. Возможно, речь идет о ранее неизвестном состоянии материи, в котором преобладают s-кварки и состоящие из них «странные» долгоживущие частицы. Долгая живучесть частиц и объясняет способность объектов излучать мощные волны при низкой угловой скорости.
Теоретические расчеты были успешно применены к четырем известным изолированным источникам: GLEAM-X J1627-52, GPM J1839-10, ASKAP J1832-0911 и ASKAP J193505.1+214841.0. Результаты показывают, что «странные» карликовые пульсары, обладающие большим радиусом по сравнению с обычными нейтронными звездами, могут естественным образом генерировать стабильное когерентное радиоизлучение с исключительно долгим периодом.
Эти объекты занимают свое место на диаграмме зависимости магнитного поля и периода вращения с предполагаемой напряженностью поверхностного магнитного поля от 10² до 10⁶ Тл. Стабильный и «скромный» по меркам пульсаров нижний предел порядка 10² Тл указывает на то, что для образования электрон-позитронных пар в магнитосфере, обеспечивающих когерентное радиоизлучение, необходимо преодолеть некоторый фундаментальный порог, что невозможно в известных состояниях материи. Говоря проще, в ядрах сверхдолгопериодических пульсаров действуют иные, еще не известные науке правила.
Модель согласуется с данными наблюдений в широком диапазоне электромагнитного спектра, особенно с параметрами рентгеновского излучения ASKAP J1832-0911. Этот источник демонстрирует двухкомпонентный рентгеновский спектр, а его рентгеновское и радиоизлучение меняются синхронно. Наблюдаемое отношение рентгеновской и радиосветимости этого источника, равное ~10⁻³, соответствует прогнозируемому моделью диапазону.
Данное исследование не только предоставляет «хоть какую-то» физическую интерпретацию недавно обнаруженной популяции ULPT, но и имеет глубокие последствия для понимания уравнения состояния «странной» кварковой материи, находящейся глубоко внутри компактных космических объектов. Уникальная структура «странных» карликовых пульсаров позволяет им проявлять активность в экстраординарные моменты, сопоставимую с возможностями аналогичных по размерам и массе объектов из «обычной» материи.