Entdeckung des Mini-Maus-Nebels, der mit einem Pulsar verbunden ist

In einer einzigartigen Beobachtung eines galaktischen Röntgenbinaries haben Wissenschaftler eine neue Radio-Nebula entdeckt, die wie ein Komet aussieht. Sie haben dieses Merkmal "Mini Mouse" genannt, weil es einer anderen bekannten Nebula namens "Mouse" ähnelt. Die Mini Mouse deutet auf ein mögliches Supernova-Überbleibsel hin, das zuvor nicht identifiziert wurde, bekannt als G45.24 0.18. Die Forscher nutzten das MeerKAT-Teleskop, um die Mini Mouse zu untersuchen, und fanden einen Pulsar, PSR J1914+1054g, eine Art von Stern, der Strahlung ausstösst. Die Position des Pulsars passte gut zum Kopf der Nebula.

Sie massen eine Dispersion, die auf eine Entfernung von etwa 7,8 bis 8,8 Kiloparsecs von der Erde hindeutet. Mit präzisen Messungen und Beobachtungen, die über 90 Tage gesammelt wurden, berechneten die Forscher die Periodenänderung des Pulsars, was ihm ein charakteristisches Alter von ungefähr 82.000 Jahren gab. Die vom Pulsar freigesetzte Energie wurde auf etwa 4 x 10^34 erg pro Sekunde geschätzt.

#Pulsar-Eigenschaften und Umgebung

Wenn das Alter des Pulsars ähnlich dem geschätzten Alter ist, liegt die Geschwindigkeit, mit der er sich bewegt, zwischen 320 und 360 Kilometern pro Sekunde, vorausgesetzt, er wurde am Standort des Supernova-Überbleibsels erschaffen. Die Grösse dieses Überbleibsels scheint im Vergleich zum Alter des Pulsars klein zu sein, aber der dichte Bereich nahe der galaktischen Ebene könnte sein Wachstum verlangsamen und zu einem kleineren Überbleibsel führen.

Pulsar-Wind-Nebulae (PWN) entstehen, wenn Hochgeschwindigkeits-Partikelwinde von Pulsaren mit der umliegenden Umgebung interagieren. Die schnelle Drehung des Magnetfelds des Neutronensterns erzeugt einen Wind, der eine Stosswelle erzeugt und Synchrotronstrahlung erzeugt, die von Radiowellen bis zu Gammastrahlen reicht. Manchmal wird eine PWN von einer schalenartigen Supernova-Überbleibsel umgeben, die aus der Explosion stammt, die den Pulsar gebildet hat. Dies wird als komposites System bezeichnet.

Wenn ein Pulsar sich durch den Raum mit einer Geschwindigkeit bewegt, die schneller als Schall ist, bildet sich ein Bogenstoss, der den Pulsarwind in die entgegengesetzte Richtung umleitet. Das kann zu einem Schweif führen, der sich mehrere Parsec hinter dem Pulsar erstreckt. In einigen Fällen könnte das Supernova-Überbleibsel, das mit der Entstehung des Pulsars zusammenhängt, ein paar Parsec von der PWN entfernt sein, obwohl der Schweif möglicherweise darauf hindeutet. Sehr wenige bekannte PWNs zeigen eine kometenartige Form, die bei schnell bewegenden Pulsaren oder einem dichteren interstellaren Medium vorkommt. Hochauflösende Beobachtungen in Radio- und Röntgenwellen verbessern unser Wissen über diese Systeme.

#Bedeutung detaillierter Studien

Gründliche Untersuchungen von PWNe und ihren Pulsaren können wichtige Informationen über diese Himmelsobjekte liefern. Das Aussehen, das Spektrum und die Effizienz der von PWNe emittierten Strahlung hängen von den Eigenschaften der Pulsare ab, wie ihrer Drehung, der Spinabnahme und dem Magnetfeld. Da PWNe eine klare Quelle haben und oft nah genug sind, um sie zu untersuchen, dienen sie als grossartige Orte, um das Verhalten von Hochgeschwindigkeits-Partikelwinden und die resultierenden Stösse zu analysieren, wenn diese Strömungen auf das interstellare Medium treffen. Diese Forschung bietet eine Chance, ihre Umgebung besser zu verstehen.

In einem Programm namens ThunderKAT, das darauf abzielt, interessante Phänomene im Radio-Bereich über einen langen Zeitraum zu beobachten, konzentrierten sich die Forscher auf das Feld eines schwarzen Lochs, GRS 1915+105. In diesem Bereich identifizierten sie ein Merkmal, das der ursprünglichen Mouse-Nebula ähnlich war, die ein helles Ende und einen langen Schweif hat, der auf das galaktische Zentrum zeigt. Dieser junge Pulsar, PSR J1747+2958, inspirierte den Namen "Mini Mouse" für das neu gefundene Merkmal.

#Datensammlung und Verarbeitung

Das MeerKAT-Teleskop zeichnete von GRS 1915+105 zahlreiche Beobachtungen zwischen Dezember 2018 und April 2022 auf. Das Teleskop zielte auf eine Frequenz von 1,28 GHz und eine Bandbreite von 0,86 GHz ab. Verschiedene Kanäle wurden genutzt, um Daten zu sammeln, die Zeit auf der Quelle und Scans von sekundären und primären Kalibratoren zur Genauigkeit beinhalteten. Das Team verwendete benutzerdefinierte Skripte zur halbautomatischen Datenverarbeitung, um die gesammelten Informationen aus den Beobachtungen zu verwalten.

Die ersten Schritte beinhalteten das Kennzeichnen spezifischer Daten, um unerwünschte Signale und Rauschen zu entfernen, gefolgt von der Bildgebung des Feldes mit einem speziellen Softwarepaket. Die gesammelten Daten wurden dann gemittelt und kombiniert, um ein klares Bild der Radioemissionen zu erstellen.

Der Versuch, einen Pulsar-Gegenpart zu finden, ergab, dass die sensitivsten früheren Beobachtungen Teil der FAST-Umfrage waren, die zuvor einen schwachen Pulsar gefunden hatte, der zur Position der Mini Mouse passte. Forscher führten weitere Beobachtungen durch, um diese Assoziation zu bestätigen, was zur Identifizierung des Pulsarsignals führte.

Während einer 2-stündigen Beobachtung gab es eine Störung bei der Datensammlung aufgrund eines Problems mit der Ausrüstung, aber die zentralen Strahlen blieben unbeschädigt und lieferten wertvolle Informationen. Die Beobachtung bestätigte später die Erkennung des Pulsars und festigte weiter dessen Verbindung zur Mini Mouse.

#Analyse von Pulsardaten

Die Analyse und Reduktion der Daten erfolgte in einer Reihe von Schritten, um die Genauigkeit zu gewährleisten. Die Rohdaten wurden in einem bestimmten Format gespeichert und gereinigt, um Rauschinterferenzen zu beseitigen, bevor eine Periodizitätssuche durchgeführt wurde. Der Höhepunkt dieser Bemühungen führte zur Erkennung des Pulsars, was die Verbindung mit der Mini Mouse erheblich stärkte.

Diese Studie bestimmte eine Pulsarperiode und Periodenänderung, was zu weiteren Messungen im Zusammenhang mit Energie und Entfernung führte. Die Ergebnisse zeigten, dass die Mini Mouse etwa 7,8 bis 8,8 Kiloparsecs von der Erde entfernt ist, was ihr eine projizierte Länge von fast 12 bis 13 Parsec verleiht.

#Ähnliche Merkmale und zukünftige Studien

Die Struktur der Mini Mouse wies auch mehrere helle Regionen auf, die mit bestehenden HII-Gebieten und anderen Radiofunktionen verbunden sind, was auf die Anwesenheit von mehr Überbleibseln in der Nähe hindeutet. Unter ihnen war eine kreisförmige Struktur, die als potenzielles Supernova-Überbleibsel identifiziert wurde. Die nahe Positionierung der Mini Mouse und dieses Kandidaten-Überbleibsel spiegelte andere Systeme wider, die mit Pulsaren und ihren Entstehungsorten verbunden sind.

Angesichts der gemessenen Eigenschaften des Pulsars, einschliesslich einer Spinabnahme-Luminosität und einer geschätzten magnetischen Dipolstärke, schien J1914 mit jüngeren, energetischen Pulsaren übereinzustimmen. Seine Energieabgabe und Entfernung sollten Einblicke darüber geben, wie viele Pulsare in der Galaxie existieren, und das Potenzial für die Entdeckung weiterer dieser energetischen Sterne hervorheben.

Zusammenfassend hat die Entdeckung der Mini Mouse und ihrer Assoziation mit dem Pulsar J1914 neue Wege eröffnet, um das Verhalten von Pulsaren und ihren Windnebulae zu verstehen. Weitere Beobachtungen und Messungen könnten klarere Einblicke in ihre Entstehung und Evolution sowie die Natur ihrer umliegenden Umgebungen bieten. Hochauflösende Beobachtungen werden wahrscheinlich weitere Details über die Mini Mouse und ähnliche Merkmale enthüllen und unser gesamtes Verständnis von Pulsaren und ihren Eigenschaften in unserer Galaxie verbessern.