Астрономы исследуют природу яркой маломассивной рентгеновской двойной системы

Кривые блеска IXPE, NuSTAR и NICER Serpens X-1. Автор: Ursini et al, 2024

Используя различные космические обсерватории, астрономы провели рентгеновские поляриметрические и спектральные наблюдения яркой маломассивной рентгеновской двойной звезды, известной как Serpens X-1. Результаты наблюдательной кампании, опубликованные 29 августа на сервере препринтов arXiv, дают важную информацию о природе этой системы.

Рентгеновские двойные (XRB) состоят из обычной звезды или белого карлика, передающего массу компактной нейтронной звезде или черной дыре. В зависимости от массы звезды-компаньона астрономы делят их на рентгеновские двойные с малой массой (LMXB) и рентгеновские двойные с большой массой (HMXB).

LMXB нейтронной звезды (NS) далее делятся на источники атолла и Z. Так называемые системы типа атолла имеют некоторые общие характеристики с LMXB черной дыры, поскольку они имеют схожие рентгеновские спектры и временные свойства. Однако они отличаются своими радиосвойствами, поскольку источники атолла в 27 раз менее радиояркие.

Расположенный примерно в 25 000 световых лет от нас, Serpens X-1 (или сокращенно Ser X-1) — яркий, устойчивый атолл NS LMXB. Это хорошо изученный источник, постоянно наблюдаемый в состоянии высокой светимости, мягкого спектрального состояния, со светимостью около 67 ундециллионов эрг/с. В целом, Serpens X-1 — один из самых ярких в рентгеновском диапазоне атоллов, известных на сегодняшний день, и поэтому он является прекрасной целью для рентгеновской поляриметрии.

Вот почему группа астрономов под руководством Франческо Урсини из Университета Рома Тре в Риме, Италия, решила провести такие исследования Serpens X-1, а также ее спектральные наблюдения, используя рентгеновский поляризационный исследователь (IXPE), исследователь внутреннего состава нейтронных звезд (NICER) и ядерную спектроскопическую решетку телескопов (NuSTAR).

Наблюдения показали, что степень поляризации рентгеновского излучения для Serpens X-1 составляет менее 2,0% в диапазоне энергий 2–8 кэВ. Это может быть связано с малым углом наклона (примерно 25 градусов) источника.

Кроме того, наблюдения выявили четыре рентгеновских всплеска типа I от Serpens X-1, свойства которых согласуются с предыдущими исследованиями. Астрономы отметили, что это первый случай, когда IXPE идентифицировал рентгеновские всплески типа I. Верхний предел поляризации всплеска составил 80%.

Исследование также подтвердило наличие релятивистского компонента отражения в рентгеновском спектре — широкой линии железа. Исследователи обнаружили, что эта линия железа требует содержания железа примерно в пять раз больше солнечного, что согласуется с предыдущими оценками.

Подводя итоги, авторы статьи пришли к выводу, что полученные поляризационные и спектральные свойства Serpens X-1 в целом сопоставимы с другими маломассивными рентгеновскими двойными нейтронными звездами типа атоллов, исследованными с помощью IXPE. Это предполагает схожую геометрию Serpens X-1 с этими системами.

Больше информации: F. Ursini et al, X-ray spectropolarimetry of the bright atoll Serpens X-1, arXiv (2024). DOI: 10.48550/arxiv.2408.16713