Астрономы наблюдали, как «спящая» нейтронная звезда пробудилась и засияла

Когда газ падает на компактный объект, такой как нейтронная звезда или чёрная дыра, под действием его мощной гравитации (процесс, называемый аккрецией), он испускает электромагнитные волны. Высокочувствительные наблюдения обнаружили объекты с чрезвычайно высокой светимостью в рентгеновском диапазоне. Одно из возможных объяснений такой ультрасветимости — падение на компактный объект необычайно большого количества газа в процессе, известном как сверхкритическая аккреция. Однако механизм этого явления до сих пор остаётся неясным.

Сверхкритическая аккреция на нейтронную звезду P13 демонстрирует резкие колебания яркости в рентгеновском диапазоне и скорости вращения, давая редкую возможность понять, как компактные объекты «поглощают» материю. Credit: Shutterstock

Международная исследовательская группа сосредоточила внимание на объекте NGC 7793 P13 (далее — P13), который является нейтронной звездой в состоянии сверхкритической аккреции. Она расположена в галактике NGC 7793 на расстоянии около 10 миллионов световых лет от Земли. Падая на нейтронную звезду, газ формирует столбчатую структуру (так называемый аккреционный столб) на её магнитных полюсах, откуда, как считается, и испускается интенсивное рентгеновское излучение. При этом можно зафиксировать когерентные рентгеновские пульсации, связанные с вращением звезды.

Согласно предыдущим исследованиям, P13 вращается с периодом 0,4 секунды с постоянным ускорением. Кроме того, её светимость менялась более чем на два порядка величины за последние 10 лет. И скорость вращения, и светимость являются ключевыми параметрами для оценки количества поглощаемого газа, но для P13 связь между ними ранее обнаружена не была.

Учёные исследовали долгосрочную эволюцию рентгеновской светимости и периода вращения P13 с 2011 по 2024 год, используя архивные данные космических обсерваторий XMM-Newton, Chandra, NuSTAR и NICER. Выяснилось, что в 2021 году звезда находилась в «тусклой» фазе, а в 2022 году снова начала набирать яркость. К 2024 году она достигла высокой светимости, более чем в 100 раз превышающей показатели 2021 года.

Более того, в фазе повторного увеличения яркости в 2022 году скорость ускорения вращения увеличилась вдвое и сохранялась на этом уровне вплоть до 2024 года. Этот результат указывает на взаимосвязь между рентгеновской светимостью и скоростью вращения, а также на то, что система аккреции изменилась во время «тусклой» фазы.

Проведя детальный анализ пульсаций, исследователи предположили, что высота аккреционного столба менялась в соответствии с 10-летней модуляцией потока излучения. Эти результаты, как ожидается, станут ключом к разгадке механизма сверхкритической аккреции.

Источники: sciencedaily.com, Ehime University.