Astronomer från ARC Center of Excellence for Gravitational Wave Discovery (OzGrav) och CSIRO har just observerat bisarra, aldrig sett-förut beteende från en radioljud magnetar - en sällsynt typ av neutronstjärna och en av de starkaste magneterna i universum.

Deras nya rön, publiceras idag i Månatliga meddelanden från Royal Astronomical Society ( MNRAS ), antyder att magnetarer har mer komplexa magnetfält än man tidigare trott, som kan utmana teorier om hur de föds och utvecklas över tid.

Magnetarer är en sällsynt typ av roterande neutronstjärna med några av de mest kraftfulla magnetfälten i universum. Astronomer har bara upptäckt 30 av dessa objekt i och runt Vintergatan - de flesta av dem upptäckts av röntgenteleskop efter ett högenergiutbrott.

Dock, en handfull av dessa magnetarer har också setts sända ut radiopulser som liknar pulsarer - de mindre magnetiska kusiner till magnetarer som producerar strålar av radiovågor från deras magnetiska poler. Att spåra hur pulserna från dessa radioljuda magnetarer förändras över tiden erbjuder ett unikt fönster till deras utveckling och geometri.

I mars 2020, en ny magnetar vid namn Swift J1818.0-1607 (J1818 för kort) upptäcktes efter att den sänt ut en ljus röntgenskur. Snabba uppföljningsobservationer detekterade radiopulser som härrörde från magnetarn. Nyfiket, utseendet på radiopulserna från J1818 var helt annorlunda än de som detekterades från andra radioljuda magnetarer.

De flesta radiopulser från magnetarer upprätthåller en konsekvent ljusstyrka över ett brett spektrum av observationsfrekvenser. Dock, pulserna från J1818 var mycket ljusare vid låga frekvenser än höga frekvenser - liknande det som ses i pulsarer, en annan vanligare typ av radiosändande neutronstjärna.

För att bättre förstå hur J1818 skulle utvecklas över tiden, ett team ledd av forskare från ARC Center of Excellence for Gravitational Wave Discovery (OzGrav) observerade det åtta gånger med CSIRO Parkes radioteleskop (även känt som Murriyang ) mellan maj och oktober 2020.

Under denna tid, de fann att magnetaren genomgick en kort identitetskris:I maj avgav den fortfarande de ovanliga pulsarliknande pulserna som hade upptäckts tidigare; dock, i juni, det hade börjat flimra mellan ett ljust och ett svagt tillstånd. Detta flimrande beteende nådde en topp i juli, när astronomerna såg det flimra fram och tillbaka mellan pulsarliknande och magnetarliknande radiopulser.

"Detta bisarra beteende har aldrig tidigare setts i någon annan radioljud magnetar, " förklarar studiens huvudförfattare och Swinburne University/CSIRO doktorand Marcus Lower. "Det verkar bara ha varit ett kortlivat fenomen, som i vår nästa observation, den hade satt sig permanent i detta nya magnetarliknande tillstånd."

Forskarna letade också efter förändringar i pulsform och ljusstyrka vid olika radiofrekvenser och jämförde sina observationer med en 50 år gammal teoretisk modell. Denna modell förutsäger den förväntade geometrin hos en pulsar, baserat på vridningsriktningen för dess polariserade ljus.

"Från våra observationer, vi fann att den magnetiska axeln för J1818 inte är i linje med sin rotationsaxel, " säger Lower. "Istället, den radioemitterande magnetiska polen verkar vara på dess södra halvklot, ligger strax under ekvatorn. De flesta andra magnetarer har magnetfält som är i linje med sina spinnaxlar eller är lite tvetydiga. Det här är första gången vi definitivt har sett en magnetar med en felinriktad magnetisk pol."

Anmärkningsvärt, denna magnetiska geometri verkar vara stabil över de flesta observationer. Detta tyder på att eventuella förändringar i pulsprofilen helt enkelt beror på variationer i höjden som radiopulserna sänds ut över neutronstjärnans yta. Dock, den 1 augusti ^st 2020-observation framstår som ett märkligt undantag.

"Vår bästa geometriska modell för det här datumet tyder på att radiostrålen en kort stund vände över till en helt annan magnetisk pol belägen på magnetarens norra halvklot, säger Lower.

En tydlig avsaknad av förändringar i magnetarens pulsprofils form indikerar att samma magnetfältslinjer som utlöser de "normala" radiopulserna måste också vara ansvariga för pulserna sett från den andra magnetiska polen.

Studien tyder på att detta är bevis på att radiopulserna från J1818 härrör från slingor av magnetfältslinjer som förbinder två tätt åtskilda poler, som de som ses som förbinder de två polerna på en hästskomagnet eller solfläckar på solen. Detta är till skillnad från de flesta vanliga neutronstjärnor, som förväntas ha nord- och sydpoler på motsatta sidor av stjärnan som är förbundna med ett munkformat magnetfält.

Denna märkliga magnetfältskonfiguration stöds också av en oberoende studie av röntgenpulserna från J1818 som upptäcktes av NICER-teleskopet ombord på den internationella rymdstationen. Röntgenstrålarna verkar komma från antingen ett enda förvrängt område av magnetfältlinjer som kommer från magnetytan eller två mindre, men tätt placerade, regioner.

Dessa upptäckter har potentiella implikationer för datorsimuleringar av hur magnetarer föds och utvecklas under långa tidsperioder, eftersom mer komplexa magnetfältsgeometrier kommer att förändras hur snabbt deras magnetiska fält förväntas avta över tiden. Dessutom, teorier som tyder på att snabba radioskurar kan härröra från magnetarer måste ta hänsyn till radiopulser som potentiellt kommer från flera aktiva platser inom deras magnetfält.

Att fånga en flip mellan magnetiska poler i aktion kan också ge den första möjligheten att kartlägga magnetfältet hos en magnetar.

"Parkes-teleskopet kommer att titta på magnetarn på nära håll under nästa år", säger vetenskapsmannen och studiemedförfattaren Simon Johnston, från CSIRO Astronomy and Space Science.