NASA обнаружила неожиданный источник энергии у редкого пульсара

Художественное изображение центральных областей двойной системы PSR J1023+0038, включая пульсар, внутренний аккреционный диск и пульсарный ветер. Автор: Марко Мария Месса, Университет Милана/INAF-OAB; Мария Кристина Бальо, INAF-OAB

Международная команда астрономов обнаружила новые доказательства, объясняющие, как пульсирующие остатки взорвавшихся звёзд взаимодействуют с окружающей материей в глубинах космоса. Исследование проводилось с использованием данных рентгеновского телескопа NASA IXPE (Imaging X-ray Polarimetry Explorer) и других обсерваторий.

Учёные из США, Италии и Испании сосредоточились на загадочной космической паре под названием PSR J1023+0038 (сокращённо J1023). Эта система состоит из быстро вращающейся нейтронной звезды, поглощающей вещество своей звезды-компаньона с низкой массой, что создаёт вокруг неё аккреционный диск. Нейтронная звезда также является пульсаром, испуская мощные двойные пучки света со своих магнитных полюсов при вращении, подобно маяку.

Система J1023 представляет особую ценность для изучения, поскольку пульсар чётко переключается между активным состоянием (когда он поглощает вещество звезды-компаньона) и более спокойным состоянием, испуская обнаруживаемые пульсации в виде радиоволн. Это делает его «переходным миллисекундным пульсаром».

«Переходные миллисекундные пульсары — это космические лаборатории, помогающие нам понять, как нейтронные звёзды эволюционируют в двойных системах», — говорит исследователь Мария Кристина Бальо из Итальянского национального института астрофизики (INAF), ведущий автор статьи в The Astrophysical Journal Letters.

Главный вопрос, который интересовал учёных: откуда берутся рентгеновские лучи в этой системе? Ответ мог бы пролить свет на более общие теории об ускорении частиц, физике аккреции и условиях вокруг нейтронных звёзд во Вселенной.

Оказалось, что источник рентгеновского излучения — это пульсарный ветер, хаотичная смесь газов, ударных волн, магнитных полей и частиц, ускоренных почти до скорости света, которые сталкиваются с аккреционным диском.

Чтобы это выяснить, астрономы измерили угол поляризации в рентгеновском и оптическом диапазонах. Поляризация показывает, насколько упорядочены световые волны. Для этого использовались данные IXPE (единственного телескопа, способного проводить такие измерения в космосе) и оптические наблюдения Очень Большого Телескопа Европейской южной обсерватории в Чили.

Дополнительные данные предоставили телескопы NICER (NASA), обсерватория Нейла Герелса Swift и массив радиотелескопов VLA в Нью-Мексико. Результат: учёные обнаружили одинаковый угол поляризации на разных длинах волн.

«Это убедительное доказательство того, что один и тот же физический механизм лежит в основе наблюдаемого излучения», — отметил Франческо Коти Джелати из Института космических наук в Барселоне, соавтор исследования.

Это открытие меняет представления о механизмах излучения нейтронных звёзд в двойных системах. Ранее считалось, что рентгеновские лучи исходят из аккреционного диска, но новое исследование показало, что их источник — пульсарный ветер.

«IXPE наблюдал множество изолированных пульсаров и выяснил, что их рентгеновское излучение создаётся пульсарным ветром. Новые данные подтверждают, что именно он обеспечивает большую часть энергии системы», — пояснил астрофизик NASA Филип Каарет.

Астрономы продолжают изучать переходные миллисекундные пульсары, сравнивая их механизмы с другими пульсарами и туманностями пульсарного ветра. Эти исследования помогут уточнить теоретические модели и приблизиться к полному пониманию физики таких экзотических космических систем.

О миссии IXPE

IXPE — совместный проект NASA и Итальянского космического агентства с участием научных организаций из 12 стран. Телескоп, запущенный в декабре 2021 года, продолжает делать революционные открытия о различных космических объектах.