Замечена струя, похожая на садовый разбрызгиватель, вылетающая из нейтронной звезды

Радиоизображение S-образной прецессирующей струи, запущенной нейтронной звездой в Цирцине Х-1. Как сам Cir X-1 (центр изображения), так и источник фона были вычтены из изображения, чтобы сделать S-образную форму более четкой. Струи представляют собой быстрые узкие потоки материала, исходящие из Цир X-1. Размер струй на фоне неба такой же видимый размер, как монета, если смотреть с расстояния 100 метров, но их реальный размер превышает пять световых лет. Автор: Fraser Cowie, <a href="/licence/attribution-cc-40" hreflang="en">Attribution (CC BY 4.0)</a>

Впервые была сфотографирована странная струя, похожая на садовый разбрызгиватель, исходящая от нейтронной звезды.

S-образная структура создается, когда струя меняет направление из-за раскачивания диска горячего газа вокруг звезды — процесса, называемого прецессией, который наблюдался на черных дырах, но до сих пор никогда не наблюдался у нейтронных звезд.

Этот конкретный объект находится в двойной системе Цирк X-1 на расстоянии более 30 000 световых лет от Земли и образовался из ядра массивной звезды-сверхгиганта, которая рухнула примерно в то же время, когда был построен Стоунхендж.

Он настолько плотный, что чайная ложка его материала весит столько же, сколько гора Эверест.

В двойных системах есть две звезды, связанные между собой гравитацией. В случае с Циркулом X-1 одной из них является нейтронная звезда.

И нейтронные звезды, и черные дыры — это космологические монстры, которые образуются, когда самые большие звезды во Вселенной умирают и разрушаются под действием собственной гравитации.

Однако последние значительно более массивны и могут быть обнаружены только по их гравитационному воздействию, тогда как первые можно наблюдать напрямую, несмотря на их плотность.

Это одни из самых экстремальных объектов во Вселенной, и их внутренняя часть почти полностью состоит из нейтронов.

Струя, исходящая от нейтронной звезды, была замечена командой астрономов из Оксфордского университета, которая использовала MeerKAT — радиотелескоп в Южной Африке — для создания наиболее детальных изображений Циркула X-1 с высоким разрешением.

Фотографии, представленные на этой неделе на Национальном астрономическом собрании в Университете Халла, включают в себя первое в истории изображение S-образной струи, исходящей от подтвержденной нейтронной звезды. Это прорыв, который может помочь разгадать экстремальную физику, лежащую в основе астрономического явления..

Ведущий исследователь Фрейзер Коуи сказал, что существует еще одна система, известная своими S-образными струями, под названием SS433, но недавние результаты показывают, что объект, скорее всего, является черной дырой.

«Это изображение — первый раз, когда мы видим убедительные доказательства существования прецессирующей струи от подтвержденной нейтронной звезды», — сказал он.

«Это свидетельство исходит как из симметричной S-образной формы радиоизлучающей плазмы в струях, так и из быстрой и широкой ударной волны, которая может быть создана только путем изменения направления струи.

«Это даст ценную информацию об экстремальных физических явлениях, лежащих в основе запуска реактивного самолета, — явлении, которое до сих пор недостаточно изучено».

Огромная плотность нейтронной звезды создает сильную силу гравитации, которая вытягивает газ из звезды-компаньона, образуя вокруг нее диск горячего газа, который по спирали спускается к ее поверхности.

Этот процесс, называемый аккрецией, высвобождает огромное количество энергии в секунду, превышающее мощность миллиона Солнц. Часть этой энергии питает струи — узкие лучи материала, выходящего из двойной системы, движущиеся со скоростью, близкой к скорости света.

Недавние обновления телескопа MeerKAT привели к получению изображений превосходной чувствительности и более высокого разрешения. Благодаря этому команда увидела явное свидетельство существования S-образной структуры, похожей по форме на распыление воды из садового разбрызгивателя, в самолете Circinus X-1.

Радиоизображение, полученное телескопом MeerKAT, показывает Цирцин X-1 в центре, внутри сферического остатка сверхновой, в которой он родился. Ударные волны, вызванные струями, видны выше и ниже Cir X-1, а S-образная структура в струи несколько заслонены ярким источником на заднем плане. Автор: Fraser Cowie, <a href="/licence/attribution-cc-40" hreflang="en">Attribution (CC BY 4.0)</a>

Команда Коуи измерила волны, движущиеся со скоростью примерно 10% скорости света, подтвердив, что они были вызваны быстро движущейся струей, а не чем-то более медленным, например ветром материи со звезд.

«Тот факт, что эти ударные волны охватывают широкий угол, согласуется с нашей моделью», — сказал Коуи. «Итак, у нас есть два убедительных доказательства того, что струя нейтронной звезды прецессирует».

Измерение скорости ударных волн также поможет астрономам понять, из чего состоит струя, вызывающая их.

Ударные волны эффективно действуют как ускорители частиц в космосе, производя космические лучи высокой энергии, а максимальная энергия частиц, которые можно ускорить, зависит от их скорости.

«Цирк X-1 — один из самых ярких объектов на рентгеновском небе, его изучают уже более полувека», — сказал Коуи. «Но, несмотря на это, она остается одной из самых загадочных систем, которые мы знаем.

«Некоторые аспекты ее поведения недостаточно объяснены, поэтому очень полезно помочь пролить новый свет на эту систему, опираясь на 50 лет работы других».

Он добавил: «Следующими шагами будет продолжение наблюдения за самолетами и наблюдение за тем, изменятся ли они со временем так, как мы ожидаем.

«Это позволит нам более точно измерить их свойства и продолжить узнавать больше об этом загадочном объекте».

Источник: Royal Astronomical Society