Астрономы раскрыли странный случай нейтронной звезды со своеобразной способностью превращаться из радиопульсара в рентгеновский пульсар и обратно. Капризное поведение этой звезды, по-видимому, подпитывается соседней звездой-компаньоном и может дать новое представление о рождении миллисекундных пульсаров.
«То, что мы видим, - это звезда, которая является космическим эквивалентом «Доктора Джекила и мистера Хайда» со способностью переходить из одной формы в более яркую копию с поразительной скоростью», - сказал Скотт. Рэнсом, астроном Национальной радиоастрономической обсерватории (NRAO) в Шарлотсвилле, штат Вирджиния.«Хотя мы знали, что рентгеновские двойные системы - некоторые из которых наблюдаются как рентгеновские пульсары - могут развиваться в течение миллионов лет, превращаясь в быстро вращающиеся радиопульсары, мы были удивлены, обнаружив одну, которая, казалось, так быстро колебалась между двумя."
Нейтронные звезды - это сверхплотные остатки массивных звезд, взорвавшихся как сверхновые. Эта конкретная нейтронная звезда, получившая название IGR J18245-2452, расположена примерно в 18 000 световых лет от Земли в созвездии Стрельца в скоплении звезд, известном как M28. Впервые он был идентифицирован как миллисекундный радиопульсар в 2005 году с помощью телескопа Роберта К. Берда Грин-Бэнк (GBT) Национального научного фонда, а затем в 2013 году другой группой астрономов был повторно открыт как рентгеновский пульсар. Две группы в конце концов поняли, что они наблюдали один и тот же объект, хотя он вел себя совершенно по-разному в зависимости от того, когда за ним наблюдали. Дополнительные наблюдения и архивные данные с других телескопов подтвердили повторяющийся цикл рентгеновских и радиопульсаций.
«Различные наблюдения одной конкретной звезды на протяжении многих лет и с помощью разных телескопов выявили совершенно разные вещи - в одном случае это пульсар, а в другом - рентгеновская двойная система», - сказал Алессандро Папитто из Института космических наук (Consejo Superior de Investigaciones Cientificas - Institut d’Estudis Espacials de Catalunya) в Барселоне, Испания, и ведущий автор статьи, опубликованной в журнале Nature. «Это было особенно интригующе, потому что радиоимпульсы не исходят от двойного рентгеновского излучения, а источник рентгеновского излучения должен исчезнуть, прежде чем появятся радиосигналы».
Ответ на эту загадку был найден в сложном взаимодействии между нейтронной звездой и ее ближайшим компаньоном.
Рентгеновские двойные системы, как следует из их названия, возникают в системе из двух звезд, в которой нейтронная звезда сопровождается более нормальной звездой с малой массой. Меньшая, но значительно более массивная нейтронная звезда может вытягивать материал из своего компаньона, образуя сплющенный газовый диск вокруг нейтронной звезды. Постепенно, по мере того как этот материал закручивается вниз к поверхности нейтронной звезды, он перегревается и генерирует интенсивное рентгеновское излучение.
Астрономы считали, что этот процесс аккреции продолжался, в основном неустанно, в течение миллионов лет. В конце концов материал иссякнет, и аккреция прекратится вместе с рентгеновским излучением.
Без притока нового материала мощные магнитные поля нейтронной звезды способны генерировать лучи радиоволн, которые распространяются в пространстве по мере вращения звезды, придавая пульсару его характерный вид, похожий на маяк.
Большинство радиопульсаров вращаются несколько десятков раз в секунду и, если их предоставить самим себе, замедлятся в течение многих тысяч лет. Однако, если нейтронная звезда начинает жизнь как рентгеновская двойная система, вещество, накапливающееся на ее поверхности, заставляет нейтронную звезду «раскручиваться», увеличивая скорость вращения до тех пор, пока она не сделает сотни оборотов в секунду. Когда этот процесс аккреции прекращается, в результате получается миллисекундный пульсар.
Во время своих наблюдений исследователи зафиксировали вспышки рентгеновских пульсаций, которые продолжались примерно месяц, а затем резко прекратились. Через несколько дней снова появились радиоимпульсы. Эти дикие колебания указывали на то, что вещество с аккреционного диска падало на нейтронную звезду урывками, а не длинным и постоянным потоком, как предполагали астрономы..
В ходе более раннего исследования другой системы с помощью GBT было обнаружено первое свидетельство существования аккреционного диска вокруг нейтронной звезды, что помогло установить связь между маломассивными рентгеновскими двойными системами и пульсарами.
Новые данные подтверждают эту связь, но также впервые показывают, что процесс эволюции, который, как считалось, занял, возможно, миллионы лет, на самом деле более сложен и может происходить в виде эпизодических всплесков, которые могут длиться всего несколько дней. или недели. «Это не только демонстрирует эволюционную связь между аккреционными и вращающимися миллисекундными пульсарами, - сказал Рэнсом, - но также и то, что некоторые системы могут переключаться между двумя состояниями за очень короткие промежутки времени."
Источник рентгеновского излучения был обнаружен Международной лабораторией гамма-астрофизики (ИНТЕГРАЛ), а последующие рентгеновские наблюдения проводились спутниками XMM-Newton, Swift и Chandra. Радионаблюдения проводились GBT, радиотелескопом Parkes, компактным массивом австралийских телескопов и радиотелескопом Westerbork Synthesis.
Национальная радиоастрономическая обсерватория является учреждением Национального научного фонда, которым управляет Associated Universities, Inc. по соглашению о сотрудничестве