Астрономы только что разгадали давнюю загадку редкой, быстро вращающейся нейтронной звезды под названием PSR J1023+0038. Используя телескоп НАСА IXPE и ряд обсерваторий, ученые обнаружили, что интенсивные рентгеновские лучи системы исходят не от ее светящегося аккреционного диска, как считалось ранее, а от хаотического ветра высокоскоростных частиц, выбрасываемых самим пульсаром. Полученные результаты бросают вызов старым моделям и раскрывают единый мощный механизм излучения пульсаров. Это кардинально меняет наше понимание того, как мертвые звезды все еще освещают Вселенную.

Художественная схема центральной области двойной системы PSR J1023+0038, включая пульсар, внутренний аккреционный диск и пульсарный ветер. Изображение предоставлено: Марко Мария Месса, Миланский университет/INAF-OAB; Мария Кристина Бальо, INAF-OAB

Глобальная группа астрономов сделала важное открытие о том, как энергетические остатки взрывающихся звезд взаимодействуют с окружающим пространством. Исследователи использовали IXPE НАСА (Imaging X-ray Polarimetry Explorer) вместе с несколькими другими обсерваториями, чтобы получить новое представление об этом динамическом космическом поведении.

Эти ученые из США, Италии и Испании сосредоточили свои исследования на загадочной звездной системе под названием PSR J1023+0038 (сокращенно J1023). В системе имеется быстро вращающаяся нейтронная звезда, которая поглощает материал из меньшей звезды-компаньона. В результате вокруг нейтронной звезды образуется аккреционный диск материала. Нейтронная звезда также действует как пульсар, испуская интенсивный луч излучения от своих магнитных полюсов во время вращения, создавая узор, похожий на маяк, проносящийся в космосе.

Что делает J1023 таким важным, так это его способность переключаться между двумя разными этапами. На каком-то этапе пульсар активно поглощает вещество своей звезды-компаньона. На другой фазе он становится тише, посылая заметные импульсы в виде радиоволн. Из-за такого поведения астрономы классифицируют его как «переходный миллисекундный пульсар».

Художественная иллюстрация космического корабля IXPE на орбите, используемого для изучения явлений высокой энергии на расстоянии световых лет от Земли. Источник изображения: НАСА, отредактировано

«Переходные миллисекундные пульсары — это космические лаборатории, которые помогают нам понять, как нейтронные звезды развиваются в двойных системах», — сказала Мария Кристина Бальо, исследователь обсерватории Брера в Национальном институте астрофизики в Мелате (INAF), Италия, и ведущий автор статьи в Astrophysical Journal Letters, описывающей новые результаты.

Самый большой вопрос ученых об этой пульсарной системе: откуда берутся рентгеновские лучи? Ответы послужат основой для более широких теорий об ускорении частиц, физике аккреции и окружающей среде вокруг нейтронных звезд во Вселенной.

Источник лучей их удивил: рентгеновские лучи от пульсарного ветра, хаотической смеси газа, ударных волн, магнитных полей и частиц, ускоряющихся со скоростью, близкой к скорости света, врезаясь в аккреционный диск.

Чтобы определить это, астрономам необходимо измерить углы поляризации рентгеновских лучей и видимого света. Поляризация — это мера того, насколько организованы световые волны. Они наблюдали поляризацию рентгеновских лучей с помощью IXPE, единственного телескопа, способного проводить подобные измерения в космосе, и сравнивали ее с оптической поляризацией на Очень Большом Телескопе Европейской Южной Обсерватории в Чили. Запущенная в декабре 2021 года система IXPE провела множество наблюдений пульсаров, но J1023 — первая подобная система, которую она исследовала.

Исследователь внутреннего состава нейтронной звезды НАСА (NICER) и обсерватория Нила Гриллса Свифт предоставили ценные наблюдения системы в свете высоких энергий. Другие телескопы, предоставляющие данные, включают Очень большую решетку Карла Дж. Янски в Магдалене, штат Нью-Мексико.

Результат: ученые обнаружили, что углы поляризации разных длин волн одинаковы. «Это открытие является убедительным доказательством того, что наблюдаемый нами свет основан на едином, последовательном физическом механизме», — сказал соавтор исследования Франческо Коти Зелати из Института космических наук в Барселоне, Испания.

Исследователи говорят, что это объяснение бросает вызов традиционному представлению об излучении нейтронных звезд в двойных звездных системах. Предыдущие модели предполагали, что рентгеновские лучи исходят от аккреционных дисков, но новое исследование показывает, что они исходят от пульсарных ветров.

Пульсарный ветер как двигатель первичной энергии

«IXPE наблюдала множество изолированных пульсаров и обнаружила, что пульсарные ветры приводят в действие рентгеновские лучи», — сказал Филип Кааре, астрофизик NASA Marshall и главный исследователь IXPE в Центре космических полетов имени Маршалла НАСА в Хантсвилле, штат Алабама. «Эти новые наблюдения показывают, что пульсарный ветер обеспечивает большую часть вырабатываемой системой энергии».

Астрономы продолжают изучать переходные миллисекундные пульсары и оценивать, как их наблюдаемая физика сравнивается с физикой других пульсаров и пульсарных ветровых туманностей. Баглио и Коди Зелати соглашаются, что эти наблюдения помогут уточнить теоретические модели, описывающие, как пульсарные ветры производят излучение, и приблизит исследователей к полному пониманию физики, работающей в этих необычных космических системах.

Собрано из /scitechdaily