Найдена пара мёртвых звёзд, которая поместится между Землёй и Луной

Астрономы обнаружили двойную систему из нейтронной звезды и белого карлика, рекордно тесную для своего класса. Достижение описано в научной статье, опубликованной в издании Astrophysical Journal Letters.

Напомним, что и нейтронная звезда, и белый карлик – это так называемые звёздные остатки, то есть "мёртвые звёзды", в которых уже закончились термоядерные реакции. По массе те и другие объекты сравнимы с Солнцем, но существенно меньше его по размеру. Диаметр белого карлика примерно соответствует земному, а у нейтронной звезды и вовсе составляет считанные километры.

Когда нейтронная звезда составляет тесную двойную систему с нормальным светилом или белым карликом, она своей мощной гравитацией перетягивает на себя вещество компаньона. Эта материя представляет собой плазму, то есть газ, состоящий из заряженных частиц.

Если нейтронная звезда к тому же обладает сильным магнитным полем (1012–1014 гауссов), то последнее не позволяет плазме падать на космическую хищницу где попало. Вещество струится вдоль магнитных линий, чтобы попасть на поверхность небесного тела у магнитных полюсов, где в этой "броне" зияет брешь.

И вот здесь-то начинается фейерверк. На считанные сотни квадратных метров со скоростью, сравнимой со световой, падает плотный поток вещества. На каждый квадратный сантиметр приходится около ста килограммов в секунду. Выделяющаяся при этом энергия разогревает вещество до миллиардов градусов.

Получается так называемое горячее пятно, излучающее в рентгеновском диапазоне. Поскольку частицы в нём движутся с околосветовой скоростью, в игру вступают законы специальной теории относительности. Они "сворачивают" излучение в узкий луч.

Когда такой луч направлен прямо "в лицо" телескопу, инструмент фиксирует яркое рентгеновское свечение. Но нейтронная звезда вращается вокруг своей оси, и луч отворачивается, чтобы вернуться на следующем обороте. Получается серия вспышек, повторяющихся через один и тот же промежуток времени. Поэтому такие объекты называются рентгеновскими пульсарами (сигнал будто бы пульсирует). Так именуют в зависимости от контекста и излучающую нейтронную звезду, и двойную систему в целом.

Подобные объекты известны астрономам давно, но IGR J17062-6143 (для краткости просто J17062) – это нечто уникальное. Специалисты обратили на него внимание ещё в 2008 году. Тогда благодаря 20 минутам наблюдений в рентгеновский телескоп RXTE учёные поняли, что имеют дело с очень тесной системой. Но данные не позволяли понять, насколько она тесна.

Теперь инструмент NICER на борту МКС, о котором "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) уже рассказывали, помог точнее определить параметры объекта. В августе 2017 года этот телескоп наблюдал J17062 более семи часов, в октябре и ноябре ещё четыре и три часа, соответственно. Это позволило астрономам определить период, с которым компоненты двойной системы движутся по своим орбитам.

"Расстояние между нами и пульсаром [нейтронной звездой] не постоянное, – объясняет первый автор статьи Тод Стромайер (Tod Strohmayer) из NASA в пресс-релизе исследования. – Оно изменяется под действием орбитального движения. Когда пульсар ближе, рентгеновскому излучению требуется немного меньше времени, чтобы достичь нас, чем когда он дальше. Эта временная задержка мала, всего около восьми миллисекунд в случае орбиты J17062, но это вполне в пределах возможностей чувствительного "пульсарного" инструмента, такого как NICER".

Выяснилось, что расстояние между компонентами двойной системы составляет лишь около 300 тысяч километров друг от друга, что меньше расстояния между Землёй и Луной. Учитывая миниатюрные по меркам звёзд размеры самих тел, весь дуэт мог бы поместиться между нашей планетой и её естественным спутником.

Такое расстояние рекордно для миллисекундных рентгеновских пульсаров. Поясним, что слово "миллисекундный" здесь означает, что период вращения нейтронной звезды вокруг своей оси составляет несколько миллисекунд. Период обращения этих тел по своим орбитам также очень мал. Он равен примерно 38 минутам, и это второй рекорд (впрочем, вытекающий из первого).

Именно экстремальная орбита убеждает учёных, что компаньоном нейтронной звезды является белый карлик. Нормальное светило в таких условиях просто разрушилось бы.

Масса нейтронной звезды составляет 1,4 солнечных. Её компаньон-донор намного легче, всего около 1,5% массы Солнца. Получается, что белый карлик фактически обращается вокруг соседа, а тот лишь слегка "пританцовывает на месте". Но характеристики телескопа NICER позволяют уловить и такое движение.

Поясним, что интерес учёных к нейтронным звёздам вызван уникальными физическими условиями, царящими на них. Человечество пока не в силах достичь в своих экспериментах ни плотности вещества в сотни миллионов тонн в кубическом сантиметре, ни напряжённости магнитного поля в триллионы гауссов и более. Получается, что сама природа создала для нас уникальную лабораторию, и не воспользоваться этим было бы преступлением против физики.

"Нейтронные звёзды оказались действительно уникальными, с земной точки зрения, лабораториями [для изучения] ядерной физики, – говорит соавтор исследования Завен Арзуманян (Zaven Arzoumanian). – Мы не можем воссоздать условия, имеющие место на нейтронных звездах, ни в какой точке нашей Солнечной системы. Одна из основных целей NICER – изучить физику элементарных частиц, которая недоступна [для изучения] нигде [в Солнечной системе]".

Напомним, что "Вести.Наука" не впервые пишут о рентгеновских пульсарах. Например, мы рассказывали о подобном объекте, способном к "омоложению", и об "оборотне", который превращается в радиопульсар и обратно.