Миллисекундные пульсары и их еще более загадочные аналоги — переходные миллисекундные пульсары — привлекают интерес ученых со всех уголков земного шара своим загадочным поведением. Этим небесным объектам, названным так из-за чрезвычайно быстрого периода вращения, составляющего около нескольких миллисекунд, посвящено новое открытие, опубликованное в журнале Astronomy & Astrophysics.
В ходе обширной наблюдательной кампании, охватывающей диапазон от инфракрасного до рентгеновского излучения, группа астрономов пролила свет на причину необычного поведения, наблюдаемого у пульсара PSR J1023+0038. В этом амбициозном проекте, проходившем в течение двух ночей в июне 2021 года, было задействовано не менее 12 различных телескопов. Среди них такие крупные приборы, как XMM-Newton, космический телескоп Хаббл, Очень большой телескоп (VLT) ESO, Очень большой массив (VLA), а также радиотелескопы ALMA и FAST.
PSR J1023+0038: случай переходного миллисекундного пульсара
Миллисекундные пульсары — это невероятно плотные и маленькие нейтронные звезды, взрывоопасные остатки более массивных звезд, завершивших свою эволюцию. При вращении эти звезды испускают пучок электромагнитного излучения, который при ориентации на Землю становится объектом наблюдения исследователей. Это явление порождает периодическое излучение сигналов, известное как эффект маяка, который характеризует видимую пульсацию самих источников.
Однако от других видов пульсаров миллисекундные пульсары отличает необычайная скорость вращения, проявляющаяся в периодах до нескольких миллисекунд. Это чрезвычайно быстрое вращение — не что иное, как результат процесса, известного как раскрутка, в ходе которого пульсар захватывает вещество от звездного компаньона.
Аккреция массы в результате этого процесса приводит к сжатию нейтронной звезды, что вызывает значительное увеличение скорости ее вращения. Эта особенность делает необходимым, чтобы такие источники находились в бинарных системах.
Объект, находящийся в центре нового , PSR J1023+0038, представляет собой интригующий вариант этой категории — переходный миллисекундный пульсар (ПМП). ПМП чередуются между состоянием радиопульсара и активным состоянием с малосветящимся рентгеновским диском. В активном состоянии эти источники демонстрируют два различных режима излучения, которые чередуются непредсказуемым образом. Точные причины такого чередования до сих пор не совсем ясны, картина сложна, и в ней задействовано множество переменных.
Аномальное поведение
Пульсар PSR J1023+0038 находится на расстоянии около 4500 световых лет от Земли и вращается по орбите вблизи другой звезды. В течение последних десяти лет этот источник активно захватывал и накапливал вещество от своего звездного компаньона. Вещество скапливается в диске, окружающем пульсар, и со временем медленно падает на него.
Во время этого процесса аккреции пучок излучения исчезал, и пульсар чередовал свое излучение между:
- «высоким» режимом, характеризующимся излучением рентгеновских лучей, ультрафиолетового и видимого света.
- «низкий» режим, характеризующийся ярко выраженным излучением радиоволн.
Такое поведение всегда восхищало исследователей, и вот теперь причина этих удивительных переходов раскрыта. Франческо Коти Зелати, соавтор исследования и научный сотрудник Института космических наук в Барселоне, пояснил:
«Мы обнаружили, что смена режимов происходит в результате сложного взаимодействия между пульсарным ветром — потоком высокоэнергетических частиц, выбрасываемых из самого пульсара, и движущейся к нему материей».
Секрет, раскрытый в новом исследовании
С помощью моделирования спектральных распределений энергии исследователи показали, что эти вариации мод вызваны изменениями во внутренней области аккреционного диска.
В частности, в «низком» режиме вещество, текущее к пульсару, выбрасывается через струю, перпендикулярную диску. По мере приближения к пульсару это вещество попадает под ветер, выходящий из звезды, и нагревается.
После этого система переходит в «высокий» режим, испуская рентгеновское, ультрафиолетовое и видимое излучение. Впоследствии фрагменты нагретого вещества выбрасываются из струи. Когда горячего вещества в диске становится меньше, система постепенно затухает, возвращаясь в «низкий» режим.