Gamma-Ray Pulsar Verhalten: Einblicke von PSR J2021+4026 und Vela

Pulsare sind schnell rotierende Neutronensterne, die Strahlen von Strahlung aussenden. Sie sind bekannt für ihre starken Magnetfelder und regelmässige Rotation. In dieser Studie schauen wir uns zwei Gammastrahlen-Pulsare genauer an, PSR J2021+4026 und Vela. Diese Pulsare zeigen über die Zeit interessante Verhaltensweisen, besonders wenn es um ihre Gammastrahlenhelligkeit und Spin-Down-Raten geht.

#Beobachtungen und Ergebnisse

#PSR J2021+4026

PSR J2021+4026 wurde beobachtet, wie es seine Gammastrahlenhelligkeit über die Zeit verändert. Konkret haben wir zwei signifikante Veränderungen in seinem Zustand festgestellt. Die erste Veränderung passierte um ein Datum, das als MJD 58910 bekannt ist, als der Pulsar von einem niedrigen Helligkeitszustand in einen hohen Helligkeitszustand wechselte. Die zweite Veränderung trat um MJD 59510 auf, wo er zu einem niedrigeren Helligkeitszustand zurückkehrte.

Diese Helligkeitsänderungen sind kleiner als die in früheren Beobachtungen. Ausserdem ist die Zeit zwischen den Änderungen der Gammastrahlenhelligkeit in PSR J2021+4026 kürzer als das, was in der Vergangenheit beobachtet wurde.

Interessanterweise ist die Zeit zwischen den Zustandsänderungen in PSR J2021+4026 ähnlich wie die Zeitpunkte der Glitches, die beim Vela-Pulsar beobachtet wurden. Glitches sind plötzliche Anstiege in der Drehfrequenz eines Pulsars. Wir wollten herausfinden, ob die Glitches im Vela-Pulsar die Helligkeitsänderungen in PSR J2021+4026 beeinflussen könnten.

Für den Vela-Pulsar wurde um einen Glitch, der 2016 auftrat, ein Rückgang seiner Radioemission festgestellt. Dies wurde als Einfluss des Glitches auf das Magnetfeld des Pulsars interpretiert, also den Bereich um ihn herum, der von seinem Magnetfeld beeinflusst wird. Allerdings haben wir nach der Untersuchung von 15 Jahren Gammastrahlendaten keine signifikanten Veränderungen in den Eigenschaften der Gammastrahlenemission von Vela gefunden.

Die Daten deuten darauf hin, dass es keinen klaren Zusammenhang zwischen den Glitches des Vela-Pulsars und den Zustandsänderungen in PSR J2021+4026 gibt. Mehr Forschung ist nötig, um vollständig zu verstehen, was die Veränderungen in PSR J2021+4026 antreibt.

#Zeitliche Unregelmässigkeiten in Pulsaren

Pulsare sind in ihrer Rotation stabil, können aber trotzdem zeitliche Unregelmässigkeiten aufweisen. Es gibt zwei Haupttypen: Glitches und Timing-Rauschen. Glitches beziehen sich auf plötzliche Anstiege in der Drehfrequenz eines Pulsars. Obwohl Glitches seit über fünfzig Jahren beobachtet werden, sind sie immer noch ein aktives Forschungsthema.

Neben zeitlichen Unregelmässigkeiten können Pulsare verschiedene Phänomene zeigen, wie Moduswechsel, Nullung, Intermittierendität und Variabilität in der Form ihrer ausgesendeten Pulse. Diese Änderungen stehen oft im Zusammenhang mit Verschiebungen in der Struktur des Magnetfeldes des Pulsars.

Ein Beispiel: Einige Pulsare, die ihre Modi wechseln, zeigen auch merkliche Veränderungen in ihren Radio-Pulsprofilen. Moduswechsel können durch Verschiebungen in den Pulsprofilen identifiziert werden, einschliesslich Unterschiede in Intensität, Timing und Breiten verschiedener Komponenten im Puls.

Solche Änderungen könnten darauf hindeuten, dass es Neuzuordnungen von elektrischen Strömen innerhalb des Magnetfeldes gibt, die Veränderungen im Magnetfeld und in der Partikelverteilung widerspiegeln.

Verschiedene Pulsare zeigen Variationen in ihren Moduswechseln über verschiedene Zeitrahmen. Zum Beispiel wechselt ein Pulsar zwischen zwei Radiozuständen in einem Zeitrahmen von wenigen Drehperioden, während ein anderer über neun Jahre einen plötzlichen Wechsel in der Spin-Down-Rate zeigt.

Mehrere Mechanismen wurden vorgeschlagen, um Moduswechsel zu erklären. Einige Forscher haben Verbindungen zwischen Glitch-Prozessen und Moduswechseln in mehreren Pulsaren beobachtet. Berichte deuten darauf hin, dass bei Glitches die Radioemission betroffen ist, was zu Veränderungen im Profil der ausgesendeten Pulse führt.

Allerdings sind nicht alle Moduswechsel von Glitches begleitet, was darauf hindeutet, dass andere physikalische Prozesse zu diesen Verhaltensweisen führen könnten.

#Vela-Pulsar-Beobachtungen

Der Vela-Pulsar ist eine der hellsten Gammastrahlenquellen und wurde umfangreich untersucht. Seine Rotationsgeschwindigkeit ist schnell, und er hat seit seiner Entdeckung vor über 50 Jahren viele Glitches durchgemacht. Bemerkenswerterweise erlebt der Vela-Pulsar alle paar Jahre Glitches, wobei in früheren Beobachtungen eine durchschnittliche Grösse der Glitches festgestellt wurde.

Interessanterweise wurde während eines Glitch-Ereignisses im Jahr 2016 eine Veränderung in der Form des Radio-Pulses festgestellt. Das deutet darauf hin, dass der Glitch die Struktur des Magnetfeldes beeinflusst hat. Da Vela ein prominenter Gammastrahlen-Pulsar ist, ist es wichtig zu verstehen, ob die Glitches seine Gammastrahlenemission beeinflussen.

Wir haben die Eigenschaften der Gammastrahlenemission über mehrere Jahre für Vela analysiert. Trotz der häufigen Glitches fanden wir keine signifikanten Veränderungen in seiner Gammastrahlenemission, die mit diesen Ereignissen verbunden sind. Während kleine Schwankungen im Fluss beobachtet wurden, zeigten sie keine grösseren Zustandsänderungen an.

#Temporale Entwicklung der Gammastrahlenemission

Wir haben Daten vom Gammastrahlenteleskop genutzt, um die Variationen in der Helligkeit von PSR J2021+4026 und dem Vela-Pulsar zu studieren. Durch die Untersuchung der Daten über mehrere Jahre haben wir Timing-Lösungen für jeden Zustand von PSR J2021+4026 erstellt und die Interglitch-Intervalle des Vela-Pulsars ausgewertet.

• Für PSR J2021+4026 wurden die neuen Zustände als hohe und niedrige Gammastrahlenfluxzustände definiert, wobei Änderungen im Timingverhalten während der Zustandsübergänge festgestellt wurden.
• Die Zustandsänderungen bezüglich Helligkeit und Spin-Down-Raten waren im Vergleich zu früheren Ereignissen kleiner, was auf eine potenzielle allmähliche Evolution der Eigenschaften des Pulsars hindeutet.

Durch die Analyse von Zeitfenstern der Beobachtungen haben wir den Fluss und die Spin-Down-Rate von PSR J2021+4026 geplottet und neue Zustandsänderungen bestätigt, die zuvor nicht berichtet wurden.

Für Vela haben wir die Beobachtungen in verschiedene Zeitintervalle unterteilt, die mit seinen Glitch-Ereignissen korrelieren, und die Auswirkungen auf die Gammastrahlenemission untersucht. Hier fanden wir keine konkreten Hinweise auf signifikante Veränderungen in den spektralen Eigenschaften, die mit Glitches verbunden sind.

#Pulsprofilanalyse

Um zu verstehen, wie sich die Emission der Pulsare nach Zustandswechseln verändert, haben wir Daten gesammelt und Pulsprofile für PSR J2021+4026 und Vela erstellt. Das beinhaltete das Anpassen der Daten, um wichtige Parameter rund um das Timing und die Form der ausgesendeten Pulse zu extrahieren.

Für PSR J2021+4026 bemerkten wir Änderungen im Pulsprofil zwischen den Zuständen, aber die Änderungen waren weniger ausgeprägt als in früheren Ereignissen. Durch die Analyse der Puls-Höhen bestätigten wir, dass es zwar einen Rückgang im Höhenverhältnis zwischen dem ersten und dem zweiten Puls gibt, die Änderung jedoch nicht so signifikant war wie in früheren Beobachtungen.

Im Falle des Vela-Pulsars haben wir ebenfalls die Pulsprofile über verschiedene Interglitch-Zeiträume analysiert. Wir haben gezeigt, dass die Pulsform zwar ihre allgemeine Struktur behält, aber keine grösseren langfristigen Veränderungen aufweist, die auf Verschiebungen in den Emissionseigenschaften des Pulsars hindeuten.

#Fazit

In dieser Untersuchung haben wir die zeitlichen Veränderungen in den Gammastrahlenemissionen von zwei Pulsaren, PSR J2021+4026 und Vela, erforscht. Die Ergebnisse deuten auf das Vorhandensein neuer Zustandsänderungen in PSR J2021+4026 hin, die durch kleinere Veränderungen in Helligkeit und Spin-Down-Raten im Vergleich zu früheren Beobachtungen gekennzeichnet sind.

Für den Vela-Pulsar gab es trotz seiner Geschichte von Glitches keinen klaren Zusammenhang zwischen diesen Glitches und Veränderungen in der Gammastrahlenemission. Diese Ergebnisse unterstreichen die Komplexität des Pulsarverhaltens und deuten darauf hin, dass weitere Studien notwendig sind, um die Mechanismen hinter diesen Variationen zu entschlüsseln.

Zusammengefasst, obwohl wir bedeutende Beobachtungen gemacht haben, bleiben die vollen Implikationen und Verbindungen zwischen Glitches und Moduswechseln bei Pulsaren eine offene Frage in der Astrophysik. Zu verstehen, wie Pulsare sich weiterentwickeln und auf interne Veränderungen reagieren, bleibt ein wichtiges Forschungsgebiet.