Международная группа астрономов обнаружила новые доказательства, объясняющие взаимодействие пульсирующих остатков взорвавшихся звёзд с окружающей материей в глубинах космоса. Для этого использовались наблюдения с помощью инструмента NASA IXPE (Imaging X-ray Polarimetry Explorer) и других телескопов.
Учёные из США, Италии и Испании изучили загадочный космический дуэт под названием PSR J1023+0038, или для краткости J1023. Система J1023 состоит из быстро вращающейся нейтронной звезды, которая питается от своей звезды-компаньона с малой массой, создав вокруг себя аккреционный диск. Эта нейтронная звезда также является пульсаром, излучающим мощные двойные лучи света из своих магнитных полюсов во время вращения, подобно маяку.
Система J1023 редка и ценна для изучения, поскольку пульсар чётко переходит между активным состоянием, в котором он питается от звезды-компаньона, и более спящим состоянием, когда он излучает обнаруживаемые пульсации в виде радиоволн. Это делает его «переходным миллисекундным пульсаром».
«Переходные миллисекундные пульсары — это космические лаборатории, помогающие нам понять, как нейтронные звёзды эволюционируют в двойных системах», — сказала исследователь Мария Кристина Баглио из Итальянского национального института астрофизики (INAF) обсерватории Брера в Мерате, Италия, и ведущий автор статьи в журнале The Astrophysical Journal Letters, иллюстрирующей новые открытия.
Большой вопрос для учёных, изучающих эту систему пульсаров, заключался в следующем: откуда берутся рентгеновские лучи? Ответ на этот вопрос позволил бы расширить теории об ускорении частиц, физике аккреции и средах, окружающих нейтронные звёзды во Вселенной.
Источником рентгеновских лучей оказался пульсар, а точнее — пульсар ветра. Это хаотичное сочетание газов, ударных волн, магнитных полей и частиц, ускоренных почти до скорости света, которые сталкиваются с аккреционным диском.
Чтобы определить это, астрономы измерили угол поляризации как в рентгеновских, так и в оптических лучах. Поляризация — это мера того, насколько организованы световые волны. Они изучили рентгеновскую поляризацию с помощью IXPE — единственного телескопа, способного проводить такие измерения в космосе, — и сравнили её с оптической поляризацией, полученной с помощью Очень большого телескопа Европейской южной обсерватории в Чили. IXPE был запущен в декабре 2021 года и провёл множество наблюдений за пульсарами, но J1023 стала первой системой такого рода, которую он исследовал.
Инструмент NASA NICER (Neutron star Interior Composition Explorer) и обсерватория Neil Gehrels Swift также предоставили ценные наблюдения за системой в высокоэнергетическом свете. Другие телескопы, предоставившие данные, включали Очень большую антенную решётку Карла Дж. Янского в Магдалене, Нью-Мексико.
В результате учёные обнаружили одинаковый угол поляризации на разных длинах волн.
«Это убедительное доказательство того, что один согласованный физический механизм лежит в основе наблюдаемого нами света», — сказал Франческо Коти Зелати из Института космических наук в Барселоне, Испания, соавтор исследования.
Эта интерпретация ставит под сомнение общепринятые представления о нейтронных звёздах, излучающих радиацию в двойных системах, отмечают исследователи. Предыдущие модели указывали на то, что рентгеновские лучи исходят из аккреционного диска, но это новое исследование показывает, что они происходят из пульсара ветра.
«IXPE наблюдал множество изолированных пульсаров и обнаружил, что пульсар ветра является источником рентгеновских лучей», — сказал астрофизик NASA Маршалла Филипп Каарет, главный исследователь проекта IXPE в Центре космических полётов NASA Маршалла в Хантсвилле, штат Алабама. «Эти новые наблюдения показывают, что пульсар ветра обеспечивает большую часть энерговыделения системы».
Астрономы продолжают изучать переходные миллисекундные пульсары, оценивая, как наблюдаемые физические механизмы соотносятся с механизмами других пульсаров и пульсарных туманностей ветра. По словам Баглио и Коти Зелати, идеи, полученные в результате этих наблюдений, могут помочь уточнить теоретические модели, описывающие, как пульсарные ветры генерируют излучение, и приблизить исследователей к полному пониманию физических механизмов, действующих в этих необычных космических системах.
Предоставлено: NASA