Image Image Image Image Image Image Image Image Image Image

Новости астрономии и астрофизики — The Universe Times | 18.10.2017

Scroll to top

Top

Нет комментариев

Всё дело в зазоре: объяснено странное поведение источника Rapid Burster

shortstoryf

Учёные, наблюдающие любопытную нейтронную звезду в бинарной системе, известной под названием Rapid Burster, возможно, подошли к разгадке одной из её тайн, которая оставалась нерешённой около сорока лет. А всё дело в загадочных рентгеновских взрывах, исходящих от системы. Исследователи выяснили, что магнитное поле одной звезды создаёт пустоту в пространстве вокруг неё, препятствуя перетеканию вещества от второго компаньона. В связи с этим, газ, который продолжает накапливаться, при определённых условиях, внезапно прорывается сквозь преграду и падает на нейтронную звезду, производя очень интенсивные вспышки рентгеновских лучей. Это открытие было сделано несколькими космическими телескопами, решающую роль среди которых играл XMM-Newton Европейского Космического Агентства.

Нейтронная звезда Rapid Burster

Несколько кадров симуляции образования зазора между нейтронной звездой и аккреционным диском в объекте Rapid Burster. Источник: ESA/ATG medialab

Система Rapid Burster была обнаружена в 1970-х годах. Она представляет собой двойную систему, которая состоит из звезды малой массы в самом начале своей эволюции, и нейтронной звезды, которая является компактным остатком когда-то более крупного объекта. В такой звёздной паре сильная гравитация плотного остатка постоянно поглощает газовую оболочку молодой звезды, формируя вокруг себя аккреционный диск, устремляющийся по спирали в недра нейтронной звезды.

В результате этого процесса перехода вещества от одной звезды к другой, большинство бинарных систем с нейтронными звёздами постоянно выпускает большое количество рентгеновских лучей, которые предваряются дополнительными рентгеновскими вспышками каждые несколько часов или дней. Эти взрывы астрономы относят к первому типу (I) и могут объяснить их с точки зрения ядерных реакций, которые запускаются в перемещающемся газе — в основном, водороде — когда он накапливается на поверхности нейтронной звезды.

Но, Rapid Burster даже среди своих «одноклассников» является специфическим источником. В самом своём активном состоянии этот объект испускает вспышки типа I, в то время как во время периодов более низкой рентгеновской активности, он демонстрирует более неуловимые взрывы типа II — внезапные, ошибочные и чрезвычайно интенсивные выбросы рентгеновских лучей. В сравнении со вспышками первого типа, которые не выпускают значительное количество энергии по сравнению с обычной активностью нейтронной звезды, взрывы второго типа высвобождают огромные количества энергии. Несмотря на сорок лет поисков, взрывы второго типа были обнаружены лишь в ещё одном источнике под названием Bursting Pulsar. Этот пульсар был обнаружен в 90-х годах XX века, он является бинарной системой, один компонент которой является звездой малой массы, а второй — вращающуюся нейтронную звезду — пульсар — которая демонстрирует только вспышки типа II.

Из-за дефицита источников, которые показывают это явление, лежащие в основе его физические механизмы были поводом активных дискуссий. Но, новое исследование Rapid Burster сумело впервые показать то, что происходит на самом деле.

«Rapid Burster — типичная система для исследования взрывов II типа. Этот объект первый, где такой взрыв наблюдался и единственный источник, который обладает двумя типами взрывов», — Джейкоб ван ден Эйджнден, доктор физических наук в Институте Антона Паннекука в Амстердаме.

Джейкоб и его коллеги организовали наблюдательную кампанию, используя три рентгеновских космических телескопа, чтобы узнать больше об этой системе. В октябре 2015 года источник совершал выбросы в течение нескольких дней, в результате чего его удалось изучить с помощью телескопов NuSTAR и «Свифт» НАСА и XMM-Newton ЕКА.

Нейтронная звезда Rapid Burster

Кривая светимости объекта Rapid Burster. Источник: Image adapted from van den Eijnden et al. (2017)

Первоначально источник контролировался «Свифтом», синхронизируя наблюдения в течение времени, когда ожидалось, что у Rapid Burster будут происходить вспышки второго типа. Затем, после того, как первый взрыв был обнаружен, учёные воспользовались помощь от других обсерваторий. Конкретно XMM-Newton использовался для того, чтобы измерить рентгеновские лучи, испускаемые непосредственно поверхностью нейтронной звезды или газом в аккреционном диске. NuSTAR занимался поиском лучей более высоких энергий, которые были испущены нейтронной звездой и отражены от диска. С этими данными учёные тщательно исследовали структуру аккреционного диска, чтобы понять то, что происходит с ним до, во время и после этих мощных всплесков.

Согласно одной из разработанных моделей, вспышки типа II происходят потому, что быстро вращающееся магнитное поле нейтронной звезды запрещает газу перетекать из сопутствующей звезды, оставляя её в безвыходном положении, препятствуя тому, чтобы она достигла нейтронной звезды. Образуется граница этой области. Но, поскольку газ продолжает течь и накапливаться на этой границе, она начинает вращаться всё быстрее и быстрее, в конечном счете, догоняя скорость вращения магнитного поля.

«Это похоже на то, как если бы вы бросили что-то в сторону карусели, которая очень быстро вращается. Эта вещь отлетела бы в сторону, если бы только не обладала той же скоростью, что и устройство. Подобное уравновешивание происходит между вливающимся газом и вращающимся магнитным полем: пока у газа нет правильной скорости, он не может добраться до нейтронной звезды и может только накапливаться у края. К тому времени, когда он достигнет требуемой скорости, накапливается очень много газа, который внезапно попадает в нейтронную звезду, давая начало драматическим взрывам типа II».

Это модель утверждает, что, в то время как вещество малой звезды накапливается, между нейтронной звездой и краем аккреционного диска должен сформироваться разрыв. Другие модели объясняют интенсивные вспышки результатами нестабильности в потоке перетекающего газа или от воздействия эффектов общей теории относительности. Но, в любом случае, такие эффекты имели бы место намного ближе к нейтронной звезде и не дали бы начало такому взрыву.

«Разрыв — это то, что мы точно обнаружили в объекте Rapid Burster. Это убедительно показывает нам, что взрывы второго типа вызваны присутствием магнитного поля».

Наблюдения показывают, что разрыв между нейтронной звездой и внутренним краем аккреционного диска составляет примерно 90 километров. Это расстояние совершенно ничего не значит по меркам космического пространства, однако он больше самой нейтронной звезды, радиус которой примерно составляет 10 километров. Это открытие соответствует результатам предыдущих исследований этих же учёных, которые наблюдали подобный разрыв и у источника Bursting Pulsar.

В новом исследовании объекта Rapid Burster учёные также измерили силу магнитного поля нейтронной звезды, значение которой составило 6*108 Гс, что приблизительно в миллиард раз сильнее магнитного поля Земли, и, что самое важное, более чем в пять раз сильнее, чем у других подобных двойных звёздных систем. Это может говорить о том, что исследуемая система имеет молодой возраст, поскольку процесс аккреции ещё не так сильно заглушил магнитное поле, как это произошло в аналогичных системах.

Если эта бинарная система действительно так молода, как указывает на это сильное магнитное поле, то нейтронная звезда должна вращаться значительно медленнее, чем её коллеги старшего возраста. Чтобы подтвердить это, необходимо проведение дополнительных исследований.

«Полученный результат — большой шаг к решению сорокалетней проблемы в астрономии нейтронных звёзд. Также, нам удалось показать новые детали о взаимодействии между магнитными полями и аккреционными дисками в этих экзотических объектах».

По информации Европейского Космического Агентства.

Оставьте комментарий

Добавить комментарий

Яндекс.Метрика Рейтинг@Mail.ru Лицензия Creative Commons «The Universe Times» Google