Пульсары – характерные маяки космического пространства. Эти крохотные, размером иногда с крупный земной город, нейтронные звезды вращаются с огромной скоростью – до тысяч раз в секунду. При этом они испускают гамма-лучи в окружающее пространство. Используя новый метод анализа данных, сотрудники Института гравитационной физики и радиоастрономии (Институт Альберта Эйнштейна) общества имени Макса Планка обнаружили в собранной обсерваторией Ферми информации особенно интересный пульсар. Звезда J1838-0537 оказалась немой в радиодиапазоне, очень молодой и, во всяком случае во время наблюдения, показала рекордные колебания в скорости вращения таких звезд – пульсаров, излучающих только в гамма-диапазоне.

Такие пульсары трудно искать из-за тог, что их свойства – положение на небе, период обращения и его изменения во времени – неизвестны. Их местоположение на небесной сфере может только примерно оцениваться по данным телескопа Ферми. Поэтому приходится практически вслепую перебирать комбинации свойств пульсаров, чтобы они подошли к исходным наблюдательным данным телескопа. Такой перебор требует очень большого машинного времени, но является единственным способом обнаружить скрывающуюся периодичность в приходящих фотонах гамма-диапазона. Из-за неспособности даже лучших обычных компьютеров справиться с перебором, от ученых, вынужденных заниматься подобной «обезьяньей» работой, на самом деле требуется немало сноровки. Они должны разработать алгоритмы быстрого поиска, чтобы помочь машине скорее справиться с задачей поиска и перейти наконец к анализу. В описываемом случае были переработаны алгоритмы, изначально предназначавшиеся для анализа данных по гравитационным волнам. «Используя новые, оптимальные алгоритмы, на нашем кластере ATLAS, мы сумели найти многие ранее пропущенные сигналы», – говорит Брюс Аллен, директор Института. В ноябре прошлого года команда под руководством Аллена уже объявила о девяти пульсарах, пропущенных в уже обработанных данных. Кластер ATLAS в настоящее время развивается в рамках проекта Einstein@Home, чьи мощности должны будут превысить имеющиеся в десять раз. До этого продолжать исследования планируется в расслабленном режиме, но зато с получением нового средства расчетов команда планирует найти еще одного рекордсмена – миллисекундный пульсар, также излучающий исключительно в гамма-диапазоне.

Теперь тот же метод помог найти один пульсар, но зато рекордсмен по нестабильности. «Пульсар, имея возраст около 5000 лет, очень молод. Он обращается вокруг собственной оси примерно семь раз в секунду и находится в созвездии Щита, – говорит Хольгер Плещ, один из участников группы Аллена и первый автор публикации открытия. – После открытия пульсара мы были очень удивлены его внезапным исчезновением. Он был виден до сентября 2009 года, а потом внезапно исчез».

Глубокий анализ данных, проведенный под руководством Плеща, позволил разрешить загадку пульсара J1838-0537. Он, конечно, никуда не делся, но стал вращаться в немного другой скоростью – его частота вращения изменилась на 38 миллионных Герца. «Это отличие может показаться пренебрежимо мало, но оно является наибольшим, когда-либо измеренным для пульсара чисто гамма-диапазона», – утверждает Аллен. И это изменение имеет свои последствия. «Если не принять во внимание изменение в частоте, то всего через восемь часов его вращение настолько разойдется с нашими расчетами, что алгоритм окажется неспособен выделить его фотоны в данных Ферми», – говорит Плещ. В результате свечение нейтронной звезды внезапно исчезает. Учитывая этот факт и постепенно подстраивая параметры поиска, пульсар можно снова найти.

Точная причина изменений в скоростях вращения пульсаров пока неизвестна. Среди возможных объяснений – звездотрясения в коре нейтронных звезд, взаимодействие жидкости внутри звезды с ее корой. «Наблюдение большого количества значительных скачков скоростей вращения пульсаров позволяет все больше узнавать об этом процессе и внутреннем строении этих небольших небесных тел», – говорит Лука Геллемо, сотрудник Института радиоастрономии Общества имени Макса Планка. Работа по поиску и изучению пульсара J1838-0537 велась в сотрудничестве специалистов этих двух институтов.

После открытия пульсара в данных Ферми, астрономы направили на него радиотелескоп Грин Бэнк. Проведя два часа наблюдений и совместя их с доступными ранее данными в радиодиапазоне, не удалось обнаружить и следа сигнала. Таким образом было надежно подтверждено, что пульсар J1838-0537 излучает только в гамма-диапазоне. Одновременно хороший сигнал был получен при помощи Высокоэнергетической спектроскопической системы в Намибии. Кроме самого пульсара при этом был найден еще один источник гамма-лучей, природа которого пока неизвестна. Основной гипотезой является эмиссионная туманность, создаваемая пульсаром. Имея чрезвычайно мощное магнитное поле, пульсар способен разгонять приближающиеся к нему частицы до околосветовых скоростей, взаимодействие которых с межзвездным веществом затем создает свечение оболочки вокруг J1838-0537. Это наблюдение, во всяком случае, позволит в этой области неба проводить более точные наблюдения, учитывая «паразитное» излучение туманности.