En gammastrålningspulsar är en kompakt neutronstjärna som accelererar laddade partiklar till relativistiska hastigheter i sitt extremt starka magnetfält. Denna process producerar gammastrålning (violett) långt över ytan av de kompakta resterna av stjärnan, till exempel, medan radiovågor (gröna) avges över de magnetiska polerna i form av en kon. Rotationen förflyttar utsläppsområdena över den markbundna siktlinjen, får pulsaren att lysa upp med jämna mellanrum på himlen. Upphovsman:© NASA/Fermi/Cruz de Wilde
En analys som skulle ha tagit mer än tusen år på en enda dator har inom ett år funnit mer än ett dussin nya snabbt roterande neutronstjärnor i data från Fermi gammastrålningsteleskop. Med datorkraft donerad av frivilliga från hela världen, ett internationellt team ledd av forskare vid Max Planck Institute for Gravitational Physics i Hannover, Tyskland, sökte efter berättande periodiciteter i 118 Fermi-källor av okänd natur. 13 upptäckte de en roterande neutronstjärna i hjärtat av källan. Även om dessa alla – astronomiskt sett – är unga med åldrar mellan tiotals och hundratusentals år, två snurrar förvånansvärt långsamt-långsammare än någon annan känd gammastrålningspulsar. En annan upptäckt upplevde en "glitch", en plötslig förändring av okänt ursprung i dess annars regelbundna rotation.
"Vi upptäckte så många nya pulsarer av tre huvudsakliga skäl:den enorma datorkraft som Einstein@Home tillhandahåller, vår uppfinning av nya och mer effektiva sökmetoder och användningen av nyförbättrade Fermi-LAT-data. Dessa gav tillsammans en aldrig tidigare skådad känslighet för vår stora undersökning av mer än 100 Fermi -katalogkällor, " säger Dr Colin Clark, huvudförfattare till tidningen nu publicerad i The Astrofysisk tidskrift .
Neutronstjärnor är kompakta rester från supernovaxplosioner och består av exotiska, extremt tät materia. De mäter cirka 20 kilometer och väger så mycket som en halv miljon jordklot. På grund av deras starka magnetfält och snabba rotation avger de strålade radiovågor och energiska gammastrålar som liknar en kosmisk fyr. Om dessa strålar pekar mot jorden en eller två gånger per rotation, neutronstjärnan blir synlig som en pulserande radio- eller gammastrålningskälla-en så kallad pulsar.
"Blind" detekterar gammastrålningspulsarer
Att hitta dessa periodiska pulseringar från gammapulsarer är mycket svårt. I genomsnitt detekteras endast 10 fotoner per dag från en typisk pulsar av Large Area Telescope (LAT) ombord på Fermi -rymdfarkosten. För att upptäcka periodiciteter, år av data måste analyseras, under vilken pulsaren kan rotera miljarder gånger. För varje foton måste man bestämma exakt när den under en enda split-sekunders rotation sändes ut. Detta kräver att man söker över år långa datamängder med mycket fin upplösning för att inte missa en signal. Datorkraften som krävs för dessa "blinda sökningar" - när lite eller ingen information om pulsaren är känd i förväg - är enorm.
Tidigare liknande blinda sökningar har upptäckt 37 gammastrålningspulsarer i Fermi-LAT-data. Alla blinda sökupptäckter under de senaste fyra åren har gjorts av Einstein@Home som har hittat totalt 21 gammastrålpulsarer i blinda sökningar, mer än en tredjedel av alla sådana objekt som upptäckts genom blinda sökningar.
Hela himlen sett av Fermi Gamma-ray Space Telescope och de 13 pulsarer som upptäckts av Einstein@Home som nu publicerades. Fältet under varje infogning visar pulsarnamnet och dess rotationsfrekvens. Flaggorna i insatserna visar nationaliteten hos de volontärer vars datorer hittade pulsarna. Kredit:Knispel/Clark/Max Planck Institute for Gravitational Physics/NASA/DOE/Fermi LAT Collaboration
Datorresurs Einstein@Home
Ta hjälp av tiotusentals volontärer från hela världen som donerar inaktiva beräkningscykler på sina tiotusentals datorer hemma, teamet kunde genomföra en storskalig undersökning med det distribuerade datorprojektet Einstein@Home. Totalt krävde denna sökning cirka 10, 000 års CPU -kärntid. Det skulle ha tagit mer än tusen år på en enda hushållsdator. På Einstein@Home slutade det inom ett år - även om det bara använde en del av projektets resurser.
The scientists selected their targets from 1000 unidentified sources in the Fermi-LAT Third Source Catalog by their gamma-ray energy distribution as the most "pulsar-like" objects. For each of the 118 selected sources, they used novel, highly efficient methods to analyze the detected gamma-ray photons for hidden periodicities.
One dozen and one new neutron star
"So far we've identified 17 new pulsars among the 118 gamma-ray sources we searched with Einstein@Home. The latest publication in The Astrofysisk tidskrift presents 13 of these discoveries, " says Clark. "We knew that there had to be several unidentified pulsars in the Fermi data, but it's always very exciting to actually detect one of them and at the same time it's very satisfying to understand what its properties are." About half of the discoveries would have been missed in previous Einstein@Home surveys, but the novel improved methods made the difference.
Most of the discoveries were what the scientists expected:gamma-ray pulsars that are relatively young and were born in supernovae some tens to hundreds of thousands of years ago. Two of them however spin slower than any other gamma-ray pulsar known. Slow-spinning young pulsars on average emit less gamma-rays than faster-spinning ones. Finding these fainter objects is therefore useful to explore the entire gamma-ray pulsar population. Another newly discovered pulsar experienced a strong "glitch", a sudden speedup of unknown origin in its otherwise regular rotation. Glitches are observed in other young pulsars and might be related to re-arrangements of the neutron star interior but are not well understood.
Searching for gamma-ray pulsars in binary systems
"Einstein@Home searched through 118 unidentified pulsar-like sources from the Fermi-LAT Catalog, " says Prof. Dr. Bruce Allen, director of Einstein@Home and director at the Max Planck Institute for Gravitational Physics in Hanover. "Colin has shown that 17 of these are indeed pulsars, and I would bet that many of the remaining 101 are also pulsars, but in binary systems, where we lack sensitivity. In the future, using improved methods, Einstein@Home is going to chase after those as well, and I am optimistic that we will find at least some of them."
