Астрофизики МГУ изучили "омолаживающийся" пульсар в соседней галактике

Учёные из МГУ имени М.В.Ломоносова при участии европейских коллег изучили уникальный сверхмедленный пульсар XB091D. Эта нейтронная звезда получила пару лишь миллион лет назад, и с тех пор медленно восстанавливает своё быстрое вращение. Молодой пульсар расположен в одном из древних шаровых звёздных скоплений галактики Андромеды, указывая, что в прошлом оно само было карликовой галактикой.

Массивные молодые звёзды погибают, взрываясь яркими сверхновыми. При этом их внешние оболочки отбрасываются, а ядро сжимается, превращаясь обычно в компактную и сверхплотную нейтронную звезду. Сильно намагниченные, они быстро вращаются, делая сотни оборотов в секунду, однако теряют энергию вращения и замедляются, испуская узкие потоки частиц. Они создают направленное радиоизлучение, которое периодически может устремляться на Землю, создавая эффект регулярно пульсирующего источника, чаще всего миллисекундного.

"Вернуть молодость" пульсару и снова ускорить его вращение может встреча с обычной звездой. Образовав с ней устойчивую пару, нейтронная звезда начинает перетягивать её вещество, образуя вокруг себя раскаленный аккреционный диск. Ближе к самой нейтронной звезде диск разрывается магнитным полем звезды, и поток материи падает на неё, образуя "горячее пятно" — температура здесь достигает миллионов градусов, и вещество излучает свет в рентгеновском диапазоне. Вращаясь, нейтронная звезда вспыхивает рентгеновским пульсаром, как маяк, а продолжающее падать на неё вещество придает ей дополнительный импульс, ускоряющий вращение.

За какую-нибудь сотню тысяч лет — по космическим меркам почти мгновенно — старый пульсар, уже замедлившийся до одного оборота за несколько секунд, может вновь раскрутиться в тысячи раз быстрее. Такой редчайший момент удалось наблюдать команде астрофизиков  МГУ совместно с коллегами из Италии и Франции. Изученный ими рентгеновский пульсар XB091D был открыт на самых ранних этапах "омоложения" и оказался самым медленно вращающимся из всех раскручивающихся пульсаров, известных на сегодняшний день. Полный оборот эта нейтронная звезда совершает за 1,2 секунды — в десять раз медленнее предыдущего рекордсмена. По оценкам учёных, "разгон" пульсара начался менее миллиона лет назад.

Работа была проделана на основе наблюдений, которые были собраны космическим телескопом XMM-Newton с 2000 по 2013 год и объединены астрономами МГУ и их коллегами в открытую онлайн-базу данных. Доступ к информации по примерно 50 миллиардам рентгеновских фотонов уже позволил учёным разных стран обнаружить целый ряд прежде незамеченных интересных объектов. Среди них был и пульсар XB091D, независимое сообщение об открытии которого итальянские астрономы опубликовали несколько месяцев назад. XB091D стал вторым пульсаром, обнаруженным за пределами нашей Галактики и её ближайших спутников, хотя впоследствии с использованием нового онлайн-каталога было обнаружено ещё два таких пульсара.

Результаты первого полного анализа двойного рентгеновского источника XB091D представлены в статье, которую научный сотрудник Государственного астрономического институт им. П. К. Штернберга (научно-исследовательское учреждение МГУ) Иван Золотухин и его соавторы опубликовали в престижном журнале The Astrophysical Journal.

"На датчики космического телескопа от этого пульсара прилетает всего лишь по фотону каждые пять секунд. Поэтому поиски пульсаров среди обширных данных XMM-Newton можно сравнить с поисками иголки в стоге сена, — рассказывает Иван Золотухин. — Фактически для этого пришлось создать совершенно новые математические инструменты, которые позволили предсказывать и выделять нужный нам периодический сигнал. Теоретически применений у этого метода может найтись много, в том числе и за пределами астрономии".

На основе в общей сложности 38 наблюдений XMM-Newton астрономам удалось подробно охарактеризовать систему XB091D. Это рентгеновский пульсар возрастом около миллиона лет, компаньоном нейтронной звезды в котором выступает старая звезда умеренных размеров (0,8 массы Солнца). Сама двойная система имеет период вращения 30,5 часов, а нейтронная звезда — 1,2 секунды. Уже примерно через 50 тысяч лет она ускорится достаточно, чтобы превратиться в обычный миллисекундный пульсар.

Однако необычным оказалось не только время, которое удалось наблюдать астрономам, но и место, в котором локализован XB091D. Тщательно оценив его положение, Иван Золотухин и его коллеги показали, что находится XB091D в соседней галактике Андромеды, в 2,5 миллионах световых лет от нас, среди звёзд чрезвычайно плотного шарового скопления B091D, где в объёме радиусом 45 световых лет "упаковано" более миллиона старых и тусклых звёзд. Возраст самого скопления оценивается в целых 12 миллиардов лет, так что все процессы, связанные со взрывами сверхновых и появлением пульсаров, должны были давно в нём закончиться.

"В нашей Галактике ни в одном из полутора сотен шаровых скоплений не наблюдается таких медленных рентгеновских пульсаров, — поясняет Иван Золотухин. — Это говорит о том, что ядро с чрезвычайно плотным расположением звёзд в скоплении B091D намного больше, чем у обычного скопления. А значит, мы имеем дело с более крупным и довольно редким объектом — с плотным остатком небольшой галактики, которую некогда поглотила галактика Андромеды. Плотность звёзд здесь где-то в десять миллионов раз выше, чем в окрестностях Солнца, и область эта тянется примерно на 2,5 световых года".

По мнению учёных, именно обширная область сверхвысокой плотности звёзд в скоплении B091D позволила нейтронной звезде около миллиона лет назад захватить компаньонку и начать процесс ускорения и "омоложения".

Напомним, что ранее мы рассказывали о самом далёком и весьма интересном скоплении галактик, а также о странном пульсаре, который исчез за поворотом пространства-времени.