数千名志愿者感谢20年后揭开了不寻常的中子星系统之谜
二十多年后,一个国际研究小组发现了伽马射线的银河神秘源:一颗重中子星,其质量很低的伴星绕其旋转。通过在分布式公民科学项目Einstein @ Home的大约10,000个图形卡上运行的新颖数据分析方法,该小组通过对来自NASA费米卫星的数据进行深度搜索,通过定期产生脉冲的伽马射线识别了中子星。令人惊讶的是,中子星在无线电波中是完全不可见的。该二进制系统的特征是在整个电磁频谱上进行了观测活动,并打破了几条记录。
中子星也以超过30,000 rpm的速度绕其自身轴旋转,使其成为最快旋转的恒星之一。同时,它的磁场(通常在中子星中非常强)非常弱。
2014年的天文观测使确定双星恒星轨道的特性成为可能。“自1999年以来已知的中子星位于自1999年以来已知的伽马射线源之后,自2009年以来就被认为很可能。2014年,在用光学和X射线望远镜观察到该系统后,很明显这是一个非常紧密的双星系统。但是所有搜索该研究的合著者,曼彻斯特大学乔德雷尔银行天体物理学中心的科林·克拉克博士说。
为了明确证明中子星的存在,不仅必须检测其无线电波或伽马射线,还必须检测其特征脉动。中子星的旋转导致这种规则的闪烁,类似于远处灯塔的周期性闪烁。然后将中子星分别称为射电或伽马射线脉冲星。
“在像我们现在发现的二进制系统中,脉冲星被称为'黑寡妇',因为就像同名蜘蛛一样,它们会吞噬伴侣,可以这么说。”克拉克解释说。“脉冲星利用其辐射和粒子风将其伴星蒸发,使恒星系统充满了无法透过无线电波的等离子体。
“这是通过Jodrell Bank和Albert Einstein Institute之间的合作制造的第一个Spider pulsar,但是像这样的还有更多的Spider Spider候选二进制文件。我们在Jodrell Bank内的小组正在用光学望远镜密切监视这些望远镜,以查明它们的轨道周期具有伽马射线脉动搜索所需的精确度,可以最终确定它们。我们希望这是许多此类发现中的第一个。”
得益于10,000名志愿者的计算能力,今天发表在《天体物理学杂志快报》上的这项新研究成为可能。这项国际合作将公民科学项目Einstein @ Home的巨大计算能力作为一种新颖的数据分析方法,用于追踪NASA费米太空望远镜的数据中中子星微弱的伽马射线脉动。
志愿者将计算机的图形卡(GPU)上的空闲计算周期捐赠给Einstein @ Home。在不到两周的时间里,该团队做出了一项发现,在传统计算机上要花费几个世纪的计算时间。
“双星系统和位于其中心的中子星,现在称为PSR J1653-0158,创造了新记录,” Lars Nieder博士解释说。汉诺威阿尔伯特·爱因斯坦研究所(AEI)的学生,该研究的第一作者。“我们发现了超重重量和飞重量的银河舞蹈。中子星的质量比我们太阳的质量稍大两倍,它的重量非常重。它的伴星的铅密度约为铅的六倍,但只有铅密度的1%。这颗“奇数对”每75分钟绕轨道运行一次,比所有已知的类似双星都要快。”
在确定了伽马射线脉冲星后,研究小组搜索了它的无线电波。尽管他们使用了世界上最大,最灵敏的射电望远镜,包括乔德雷·班克(Jodrell Bank)的洛弗尔望远镜,但他们没有发现任何踪迹。因此,PSR J1653-0158成为第二个快速旋转的脉冲星,从中看不到无线电波。有两种可能的解释:脉冲星没有向地球发送任何无线电波,或者更可能的是,等离子云完全包裹了双星系统,以致没有无线电波到达地球。
在进一步的步骤中,他们从Advanced LIGO探测器的第一次和第二次观测运行中搜索数据,以寻找中子星轻微变形后可能发出的重力波。再次,搜索失败。