Нейтронная звезда P13 показала резкие изменения в рентгеновском излучении, связанные со скоростью вращения

Международная группа исследователей изучила долгосрочную переменность в рентгеновском излучении нейтронной звезды NGC 7793 P13. Этот объект, как считается, является источником сверхкритической аккреции, когда необычайно большое количество газа падает на звезду, порождая интенсивное рентгеновское излучение. Учёные обнаружили связь между светимостью в рентгеновском диапазоне и скоростью вращения звезды, что может дать ключи к пониманию механизма сверхкритической аккреции.

Изображение, объединяющее данные рентгеновских, оптических и наблюдений в линии Hα. NGC 7793 P13 находится в стороне от центра галактики NGC 7793. Автор: X-ray (NASA/CXC/Univ of Strasbourg/M.Pakull et al; Optical (ESO/VLT/Univ of Strasbourg/M.Pakull et al); H-alpha (NOAO/AURA/NSF/CTIO 1.5m)

Когда газ падает на компактный объект, такой как нейтронная звезда или чёрная дыра, под действием сильной гравитации (процесс, называемый аккрецией), он испускает электромагнитные волны. Высокочувствительные наблюдения обнаружили объекты с чрезвычайно высокой рентгеновской светимостью. Одно из возможных объяснений этой ультрасветимости — сверхкритическая аккреция, однако её механизм до сих пор остаётся неясным.

Исследователи сосредоточились на нейтронной звезде NGC 7793 P13 (или просто P13), расположенной в галактике NGC 7793 на расстоянии около 10 миллионов световых лет от Земли. Их работа опубликована в журнале The Astrophysical Journal Letters.

Падающий на нейтронную звезду газ формирует столбчатую структуру (аккреционную колонну) на её магнитных полюсах, откуда, как полагают, и испускается интенсивное рентгеновское излучение. Вращение звезды приводит к появлению когерентных рентгеновских пульсаций. Согласно предыдущим исследованиям, P13 вращается с периодом 0,4 секунды с постоянным ускорением, а её светимость менялась более чем на два порядка величины за последние 10 лет.

Светимость и скорость вращения значительно изменились. Существует обратная зависимость между скоростью вращения и периодом; более короткий период указывает на более быстрое вращение. Скорость ускорения вращения представлена наклоном графика. Автор: Марина Ёсимото. Университет Эхиме

В яркой фазе аккреционная колонна высокая, а в тусклой — становится короче. Автор: Марина Ёсимото. Университет Эхиме

Команда исследовала 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 P13 находилась в тусклой фазе, а в 2022 году снова начала ярчать. К 2024 году её светимость достигла высокого уровня, более чем в 100 раз превышающего показатели 2021 года.

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

Учёные также детально проанализировали пульсации звезды. Полученные данные позволяют предположить, что высота аккреционной колонны менялась в соответствии с 10-летней модуляцией потока излучения. Эти результаты могут помочь раскрыть механизм сверхкритической аккреции.

Больше информации: Marina Yoshimoto et al, Monitoring of the Spectral and Timing Properties of the Ultraluminous X-Ray Pulsar NGC 7793 P13, The Astrophysical Journal Letters (2025). DOI: 10.3847/2041-8213/ae018f

Источник: Университет Эхиме

Интересный факт: Нейтронные звёзды — одни из самых плотных объектов во Вселенной после чёрных дыр. Типичная нейтронная звезда массой примерно в полтора раза больше Солнца имеет диаметр всего около 20-25 километров. Чайная ложка вещества из её недр весила бы на Земле около миллиарда тонн.