Mit dem Gran Telescopio Canarias (GTC) haben Astronomen aus Italien und Spanien zeitlich hochauflösende optische spektroskopische Beobachtungen eines Übergangs-Millisekundenpulsars mit der Bezeichnung PSR J1023+0038 durchgeführt. Ergebnisse der Beobachtungskampagne, veröffentlicht 19. September auf dem Preprint-Server arXivliefern wesentliche Informationen über die Natur dieses Pulsars.
Pulsare sind hochmagnetisierte, rotierende Neutronensterne, die einen Strahl elektromagnetischer Strahlung aussenden. Die am schnellsten rotierenden Pulsare mit Rotationsperioden unter 30 Millisekunden werden als Millisekundenpulsare (MSPs) bezeichnet. Astronomen gehen davon aus, dass sie in Doppelsternsystemen entstehen, wenn sich die zunächst massereichere Komponente in einen Neutronenstern verwandelt, der dann durch Anlagerung von Materie aus dem Sekundärstern in Rotation versetzt wird.
Die sogenannten Übergangs-Millisekundenpulsare (tMSPs) weisen Übergänge hin und her zwischen einem rotationsgetriebenen Radiopulsarzustand („Pulsarzustand“) und einem Zustand auf, der durch Röntgenpulsationen und Akkretionsscheibenmerkmale in den optischen Spektren gekennzeichnet ist („Scheibenzustand“) ‚). Sie sind im Allgemeinen selten, da bisher nur drei tMSPs nachgewiesen wurden.
Eines davon ist PSR J1023+0038 (oder kurz J1023), das erstmals vor zwei Jahrzehnten identifiziert wurde. Der Pulsar hat eine Rotationsperiode von 1,69 Millisekunden, während seine Umlaufperiode etwa 4,75 Stunden beträgt. Der Begleitstern im System ist ein Spätstern der Spektralklasse G5.
Frühere Beobachtungen von J1023 haben ergeben, dass es durch Rotation zwischen einem Röntgenzustand und einer Radiopulsarphase wechselt. Jetzt hat ein Team von Astronomen unter der Leitung von Marco Messa von der Universität Mailand in Italien das optische System für Bildgebung und integrierte Spektroskopie mit niedriger mittlerer Auflösung (OSIRIS) von GTC eingesetzt, um die Natur dieses Pulsars und seiner Umgebung genauer zu untersuchen Verhalten.
Die Beobachtungen ergaben, dass J1023, wie andere tMSPs, in allen Bändern Flussschwankungen auf kurzen Zeitskalen (zig Sekunden) zeigt. Darüber hinaus fand die Studie Hinweise auf eine signifikante Variabilität der Emissionslinieneigenschaften (äquivalente Breite und Halbwertsbreite) über einen Zeitraum von Minuten. Dieser Befund ist das erste Mal, dass eine Variabilität der Spektrallinieneigenschaften eines tMSP über so kurze Zeiträume beobachtet wurde.
Der Studie zufolge scheinen die im Kontinuum beobachteten Variabilitätsepisoden, äquivalente Breite und Halbwertsbreite in voller Breite, unregelmäßig zu sein und nicht miteinander zu korrelieren. Dies macht den Ursprung solcher Episoden unklar.
Die Beobachtungen ergaben auch, dass die Emissionslinien der Balmer- und Heliumserien in den meisten Fällen ein doppelhörniges Emissionsprofil aufweisen. Dies weist auf das Vorhandensein einer Akkretionsscheibe hin und daher befand sich J1023 zum Zeitpunkt der Beobachtungskampagne höchstwahrscheinlich in diesem Scheibenzustand.
Abschließend fügen die Autoren des Papiers hinzu, dass gleichzeitige Beobachtungen bei mehreren Wellenlängen durchgeführt werden sollten, um einen möglichen Zusammenhang zwischen der Variabilität der Emissionslinieneigenschaften und dem Modenwechselphänomen in J1023 zu beurteilen.
Weitere Informationen:
MM Messa et al, Hochzeitlich aufgelöste optische spektroskopische Beobachtungen des Übergangs-Millisekundenpulsars PSR J1023+0038, arXiv (2024). DOI: 10.48550/arxiv.2409.12893
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