Эксперимент NICER обнаружил пульсар IGR J17062-6143, движущийся по орбите с рекордной скоростью

Учёные, которые приступили к анализу первых данных эксперимента NICER (Neutron star Interior Composition Explorer, дословно Исследователь недр нейтронных звёзд), обнаружили две звезды, которые вращаются вокруг друг друга каждый 38 минут. Даже человек не знакомый с астрономией в состоянии оценить такую скоростью — за это время на Земле можно посмотреть одну серию какого-нибудь сериала. Одна из звёзд в этой системе, названной IGR J17062-6143 (J17062, если коротко), является быстровращающейся сверхплотной звездой, которую астрономы классифицировали в качестве пульсара. А само это открытие говорит о том, что мы наблюдаем бинарную систему с пульсаром с рекордно коротким орбитальным периодом.

Это открытие также показало, что в системе J17062 расстояние между компонентами составляет всего лишь 300000 километров, что меньше расстояния между Землёй и Луной. На основе высокой скорости вращения системы и малого расстояния пары учёные, занятые в этой работе, полагают, что вторая звезда системы должна быть белым карликом без водородной оболочки.

«Совершенно невозможно себе представить, чтобы у богатой водородом звезды, как наше Солнце, был второй компаньон, да ещё и пульсар. Эти звёзды просто не поместятся на такой малой орбите», — говорит Тод Строхмайер, астрофизик и ведущий автор статьи.

Предыдущие 20-минутные наблюдения за системой J17062, проводимые орбитальной рентгеновской обсерваторией RXTE (Rossi X-ray Timing Explorer) в 2008 году, смогли лишь установить нижний предел для орбитального периода системы. Эксперимент NICER, который смонтирован на борту Международной Космической Станции в июне 2017 года, был в состоянии наблюдать эту систему в течение более длительных промежутков времени. Так, в августе 2017 года этот инструмент при суммарном времени работы 5.3 дня потратил на исследование J17062 более семи часов. А объединив дополнительные наблюдения в октябре и ноябре, научная группа смогла подтвердить точный орбитальный период для этой бинарной системы. Тогда же было установлено, что J17062 содержит в себе объект, который астрономы называют «аккрецирующий миллисекундный рентгеновский пульсар» (accreting millisecond X-ray pulsar, AMXP).

Когда крупная звезда становится сверхновой, её ядро коллапсирует в чёрную дыру или нейтронную звезду, которая является очень маленьким и сверхплотным космическим объектом. Её размер можно сопоставить с земным мегаполисом, но в ней содержится количество массы, большее, чем есть у нашего Солнца. Нейтронные звёзды настолько горячие, что и излучение очень быстро проходит горячие стадии инфракрасного, видимого и ультрафиолетового спектра и входит в рентгеновскую часть. Пульсаром же называют быстро вращающуюся нейтронную звезду.

Наблюдения обсерватории RXTE в 2008 году за J17062 показали наличие рентгеновских импульсов, повторяющихся 163 раза в секунду. Эти пульсации отмечают расположение горячих точек вокруг магнитных полюсов пульсара, таким образом, они позволяют астрономам определить скорость их вращения. Пульсар J17062 делает примерно 9800 оборотов в минуту.

Горячие точки пульсаров формируются, когда интенсивное поле тяготения нейтронной звезды начинает перетягивать к себе вещество от звезды-компаньона. В случае с J17062 этим компаньоном является белый карлик. Вскоре всё это вещество скапливается вокруг пульсара в виде аккреционного диска. Материя в этом диске движется по спирали, устремляясь, в конечном счёте, на поверхность. У нейтронных звёзд присутствуют сильные магнитные поля, таким образом, области с материей на поверхности звезды неравномерны и перемещаются вдоль линий магнитного поля в сторону магнитных полюсов, создавая горячие точки.

Здесь проиллюстрирована система IGR J17062-6143 звёзды, которые вращаются вокруг друг друга каждые 38 минут. Источник: NASA’s Goddard Space Flight Center

Постоянное нахождение в газовом аккреционном диске падающего вещества заставляет пульсар вращаться ещё быстрее. По мере этого вращения горячие точки входят в поле зрения рентгеновских приборов, таких как NICER, а затем выходят из него, а сам прибор фиксирует пульсацию. Некоторые пульсары вращаются на скоростях более 700 оборотов в секунду, что сопоставимо со скоростью вращения лезвий кухонного блендера. Рентгеновские колебания от пульсаров настолько предсказуемы, что эксперимент под названием SEXTANT (Station Explorer for X-ray Timing and Navigation Technology, система космической навигации по миллисекундным пульсарам), сопутствующий NICER, уже показал, что они могут служить маяками для автономной навигации будущих космических кораблей.

В течение долгого времени вещество от звезды-донора накапливается на поверхности нейтронной звезды. Как только давление этого уровня достигнет такой точки, при которой запускается цепная ядерная реакция, начнёт высвобождаться количество энергии, эквивалентное взрыву ста 15-мегатонных бомб на каждом квадратном сантиметре. Рентгеновские лучи от таких вспышек могут также быть захвачены прибором NICER, несмотря на то, что всё ещё наблюдается вспышка от J17062.

Исследователи смогли определить, что звёзды в системе J17062 вращаются вокруг друг друга по круговой орбите, которая характерна для AMXP (см. выше). Звездой донором здесь выступает белый карлик, который имеет очень маленькую массу, которая не превышает 1.5 процента массы Солнца. Пульсар намного более тяжёлый, его масса больше Солнца в 1.4 раза. Согласно этим массам удалось установить, что звёзды вращаются вокруг общего центра масс, расположившегося на расстоянии 3000 километров от пульсара. Строхмайер говорит, что это практически то же самое, как если бы белый карлик вращался вокруг стоящего пульсара, но NICER настолько чувствительный, что способен обнаружить небольшие колебания рентгеновской эмиссии пульсара из-за приливного перетягивания белого карлика.

«Расстояние между нами и пульсаром не постоянное. Оно варьируется согласно с орбитальным движением. Когда пульсар ближе к нам, рентгеновское излучение прибывает к нам немного быстрее, когда дальше, то наоборот. Это запаздывание совсем маленькое, равно примерно 8-ми миллисекундам согласно орбите J17062».

Результаты этих исследований были опубликованы 9 мая 2018 года в журнале The Astrophysical Journal Letters. http://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/aabf44.

Миссия NICER заключается в том, чтобы обеспечить высокоточные измерения, для изучения физики и поведения нейтронных звёзд. Этот прибор ранее уже получал интересные научные данные относительно объектов термоядерных взрывов и поведения аккреционных дисков во время этих событий.

«Оказывается, нейтронные звёзды действительно являются уникальными ядерными физическими лабораториями с земной точки зрения. Потому что нигде в Солнечной системе мы не сможем воссоздать те условия, которые присутствуют на нейтронных звёздах. Одна из основных целей NICER состоит в том, чтобы изучить субатомную физику, которая не доступна больше нигде», — Завен Арзуманиан, астрофизик и ведущий учёный по проекту NICER.

По информации НАСА.

0

Автор публикации

не в сети 3 месяца

Максим Коваленко

0
Комментарии: 0Публикации: 102Регистрация: 22-03-2018

Читайте также:

Добавить комментарий

Войти с помощью: 

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Авторизация
*
*
Войти с помощью: 
Регистрация
*
*
*
Войти с помощью: 
Генерация пароля