Телескоп MeerKAT обнаружил 15 новых миллисекундных пульсаров в шаровом скопление в созвездии Тукан
Международная коллаборация радиоастрофизиков TRAPUM зафиксировала 15 новых миллисекундных пульсаров в шаровом звёздном скоплении 47 Тукана (NGC 104), преодолев двадцатилетнее технологическое плато в изучении этого объекта. Использование мощностей радиоинтерферометра MeerKAT, расположенного в Южной Африке и управляемого Южноафриканской радиоастрономической обсерваторией (SARAO), позволило увеличить число известных пульсаров в кластере с 27 до 42. Для учёных это означает не просто количественное пополнение каталога, а переход к глубокому статистическому анализу динамики ядра одного из самых массивных и активных скоплений Млечного Пути.
Прорыв стал возможен благодаря беспрецедентной чувствительности массива MeerKAT в L-диапазоне и UHF-диапазоне, позволившей улавливать радиосигналы на уровне микроянских — величин, которые ранее были скрыты за космическими шумами. Специалисты из Института радиоастрономии Макса Планка (MPIfR) и Манчестерского университета (обсерватория Джодрелл-Бэнк) применили технологию когерентного формирования множества синтезированных лучей. Использование специализированного оборудования и программного обеспечения, разработанного участниками научной группы, обеспечило высокое пространственное разрешение, необходимое для работы в условиях экстремальной плотности звёздного ядра.
Методологической основой поиска стал алгоритм акселерации (accelsearch), который компенсирует доплеровское смещение частоты импульсов. Это явление возникает из-за ускорения пульсара при его движении по орбите вокруг спутника и обычно затрудняет поиск тесных двойных систем. Кроме того, группа использовала метод SeeKAT, сопоставляющий уровни сигнала в соседних синтезированных лучах антенной решётки для прецизионного уточнения координат. Это позволило локализовать не только новые находки, но и подтвердить природу «источников-призраков», таких как пульсар 47 Tuc V, который ранее фигурировал в данных лишь как вероятная гипотеза.
Источник: NASA, ESA, Hubble Heritage (STScI / AURA)-ESA / Hubble Collaboration. J. Mack (STScI), G. Piotto (University of Padova, Italy)Среди обнаруженных объектов 12 оказались компонентами двойных систем, что подняло долю бинарных пар (система из двух звёзд, которые гравитационно связаны и вращаются друг вокруг друга) в скоплении до 69%. Особое внимание экспертов привлёк объект 47 Tuc af — пульсар типа «чёрная вдова» с периодом обращения всего 1,62 часа. Такие системы примечательны тем, что мощное излучение пульсара постепенно испаряет звезду-компаньона. Параметры этого пульсара наконец позволили подтвердить его связь с переменным оптическим источником W34 opt, зафиксированным космическим телескопом «Хаббл» ещё в 2002 году, но остававшимся загадкой для науки более двух десятилетий.
Другой уникальной находкой стала система 47 Tuc ai. Этот пульсар обладает самым длинным периодом вращения в своей группе (13,03 мс) и аномально высоким эксцентриситетом орбиты — 0,18. В условиях 47 Тукана, где орбиты обычно быстро округляются под влиянием звёздных приливов, столь вытянутая траектория и массивная сопутствующая звезда указывают на сложные вторичные динамические взаимодействия в ядре скопления. Это делает систему подходящей наблюдательной «лабораторией» для изучения того, как плотные звёздные коллективы влияют на эволюцию экзотических объектов.
Важным аспектом исследования стало выявление влияния межзвёздной сцинтилляции — мерцания радиоволн при прохождении через газ и пыль. Многие пульсары обнаруживались спорадически (нерегулярно), только в моменты усиления сигнала из-за интерференции. Подтвердить их существование помогло подключение ретроспективного анализа архивных данных австралийской обсерватории Паркс (Murriyang/Parkes) за последние 15 лет. Зная точные эфемериды — таблицы положений небесных тел, — полученные с помощью MeerKAT, исследователи смогли «увидеть» слабые сигналы в старых записях, которые ранее считались фоновым шумом.
Научная ценность расширения популяции пульсаров заключается в возможности использовать их как сверхточные гравитационные датчики. Анализируя вариации периодов их вращения, специалисты из Национального института астрофизики Италии (INAF) и их коллеги теперь смогут детально картировать гравитационный потенциал скопления и измерять плотность ионизированного межзвёздного газа внутри него. Это позволяет более детально реконструировать историю эволюции ядра скопления, сравнивая его с другими уже известными системами, такими как шаровое скопление в созвездии Стрельца Terzan 5, расположенное в балдже («уплотнение» в центре) Млечного Пути, где условия для формирования эксцентричных систем ещё более благоприятны.
Результаты работы фактически переводят 47 Тукана в категорию систем, требующих активного переосмысления. Обнаруженные миллисекундные пульсары станут базой для дальнейших наблюдательных кампаний в 2026 году. В перспективе это позволит измерить собственные движения систем и их ускорения, что пригодится для построения точных моделей распределения массы и проверки предсказаний общей теории относительности в условиях экстремально сильных гравитационных полей нейтронных звёзд.
© iXBT
