在费米伽玛射线空间望远镜的数据中,一项在一台计算机上需要一千多年才能完成的分析在一年内发现了十多颗新的快速旋转中子星。由德国汉诺威的马克斯·普朗克引力物理研究所的研究人员领导的一个国际团队,利用来自世界各地志愿者捐赠的计算能力,在118个性质未知的费米源中寻找具有泄露性的周期性。13年,他们在源的中心发现了一颗旋转的中子星。虽然从天文学的角度来说,这些脉冲星都很年轻,年龄在数万到数十万年之间,但有两颗脉冲星的旋转速度惊人地慢——比其他任何已知的伽玛射线脉冲星都要慢。另一个发现经历了一个“小故障”,一个未知来源的突然变化,本来是正常的旋转。
“我们发现了这么多新的脉冲星,主要有三个原因计算能力所提供的(电子邮件保护);我们发明了新颖和更有效的搜索方法;以及使用新改进的Fermi-LAT数据。这些加在一起为我们对100多个费米目录来源的大规模调查提供了前所未有的灵敏度,”Colin Clark博士说,他是这篇论文的主要作者,现在发表在the天体物理学杂志》上.
中子星是超新星爆炸的致密残留物,由奇异的、密度极高的物质组成。它们直径约20公里,重量相当于50万个地球。由于它们的强磁场和快速旋转,它们发射出束状无线电波和高能伽马射线,类似于宇宙灯塔。如果这些光束每旋转一次或两次指向地球,中子星就会以脉冲射电或伽马射线源的形式出现——即所谓的脉冲星.
“盲目”探测伽玛射线脉冲星
要从伽玛射线脉冲星中找到这些周期性的脉动是非常困难的。费米宇宙飞船上的大面积望远镜(LAT)平均每天只能从一个典型的脉冲星探测到10个光子。为了探测脉冲星的周期性,必须分析数年的数据,在此期间脉冲星可能旋转数十亿次。对于每一个光子,我们必须准确地确定它是在一瞬间的旋转中何时发射的。这需要搜索多年的数据集,分辨率非常高,以避免错过一个信号。当事先对脉冲星知之甚少甚至一无所知时,这种“盲搜索”所需的计算能力是巨大的。
此前类似的盲搜索已经在费米- lat数据中探测到37颗伽玛射线脉冲星。过去四年里所有的盲搜索发现都是由(电子邮件保护)在盲搜索中总共发现了21颗伽玛射线脉冲星,超过了通过盲搜索发现的所有此类天体的三分之一。
计算资源(电子邮件保护)
在来自世界各地的数万名志愿者的帮助下,他们在家里的数万台计算机上捐赠了闲置的计算周期,团队得以利用分布式计算项目进行大规模调查(电子邮件保护)总的来说,这个搜索需要大约10,000年的CPU核心时间。在一台家用电脑上,这可能需要一千多年的时间。在(电子邮件保护)它在一年之内就完成了——尽管它只使用了项目的一部分资源。
科学家们从费米- lat第三源目录中1000个未确认的源中选择了他们的目标,并根据其伽玛射线能量分布将其作为最“类似脉冲星”的对象。对于118个选定的源,他们使用新颖、高效的方法来分析探测到的伽玛射线光子的隐藏周期。
一打又一颗新的中子星
“到目前为止,我们已经在118个伽玛射线源中发现了17个新的脉冲星(电子邮件保护)最新出版的天体物理学杂志》上展示了其中的13个发现,”克拉克说。“我们知道,费米数据中一定有几颗未被识别的脉冲星,但能够真正探测到其中一颗脉冲星总是非常令人兴奋的,与此同时,了解它的特性也非常令人满意。”在之前的研究中,大约有一半的发现会被遗漏(电子邮件保护)调查,但新改进的方法起了作用。
大多数发现都符合科学家们的预期:伽马射线脉冲星相对较年轻,诞生于大约几万到几十万年前的超新星中。然而其中两颗的旋转速度比已知的任何其他伽玛射线脉冲星都要慢。慢速旋转的年轻脉冲星平均发射的伽马射线比快速旋转的脉冲星少。因此,找到这些较弱的天体对于探索整个伽玛射线脉冲星群是很有用的。另一颗新发现的脉冲星经历了一次强烈的“故障”,在它正常的自转中突然加速,原因不明。在其他年轻的脉冲星中也观察到故障,这可能与中子星内部的重新排列有关,但尚未得到很好的理解。
寻找双星系统中的伽玛射线脉冲星
”(电子邮件保护)从费米- lat目录中搜索了118个未知的类冲星源,”费米- lat目录的主任布鲁斯·艾伦教授说(电子邮件保护)他是汉诺威马克斯·普朗克引力物理研究所的主任。“科林已经证明,其中17颗确实是脉冲星,我敢打赌,其余101颗中的许多也是脉冲星,但在双星系统中,我们缺乏灵敏度。在未来,通过改进的方法,(电子邮件保护)我们也将追查这些人,我乐观地认为,我们至少会找到其中一些人。”
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