Как астрономы обнаружили PSR J1311-3430
Пауки Latrodectus mactans, больше известные как «Чёрные вдовы», и их австралийские «сородичи» — Redbacks – известны не только своим смертельным ядом, но и «нелюбовью» самок к противоположному полу. Астрономы отмечают, что подобное агрессивное поведение наблюдается и среди двух крайне редких «пород» бинарных систем, содержащих быстро вращающие нейтронные звезды, также известные как пульсары.
По словам Roger Romani, члена Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology, бинарные звездные системы «черная вдова» и «redbacks» отличаются от других двойных систем тем, что в них «нормальная» звезда, характеризующаяся относительно небольшой массой, находится в непосредственной близости к пульсару, который оказывает на неё «губительное воздействие». Бинарные звездные системы «черная вдова» содержат звезды, которые и по размерам, и по массе гораздо меньше, нежели в системах «redbacks».
На сегодняшний день астрономы обнаружили по меньшей мере 18 «черных вдов» и 9 «redbacks» в пределах Млечного Пути. Представители этих двух классов также обнаружены в плотных шаровых звёздных скоплениях, вращающихся вокруг нашей галактики.
Бинарная система «черная вдова», получившая название PSR J1311-3430, которую астрономы обнаружили в 2012 году, устанавливает своего рода рекорд по близости орбит звезды и пульсара, к тому же содержит одну из самых тяжёлых нейтронных звезд. Относительно лёгкий «компаньон» пульсара, масса которого всего в 12 раз больше массы Юпитера и всего 60% его размера, совершает полный оборот каждые 93 минуты. По первоначальным оценкам, масса нейтронной звезды составляла 2,7 солнечной массы, но недавние исследования показали, что этот показатель намного меньше – не более двух солнечных масс.
Когда массивная звезда взрывается как сверхновая, то раздробленное ядро, которое она оставляет позади себя – то есть нейтронная звезда – сжимается в клубок, который по размерам не больше Вашингтона. И это несмотря на то, что масса нейтронный звезды, как правило, превышает массу Солнца. Новосозданная нейтронная звезда вращается на довольно большой скорости, делая несколько тысяч оборотов за минуту, генерируя при этом радиоизлучение, потоки видимого света, рентгеновские и гамма-лучи, которые астрономы наблюдают как импульсный выброс каждый раз, когда лучи проносятся мимо Земли. Они также порождают мощные потоки, так называемые «ветра», состоящие их высокоэнергетических частиц.
Тридцать два года тому назад астрономы впервые обнаружили новый, более быстрый класс пульсаров. Характеризуясь периодом вращения 10 миллисекунд и меньше, эти нейтронные звезды могут развивать скорость до 43 тысяч оборотов за минуту. На сегодняшний день закаталогизировано порядка 300 таких пульсаров. Несмотря на то, что молодые пульсары, как правило «одиночки», более половины высокоскоростных пульсаров имеют «звездного партнёра». Но с чего начинается такое «партнёрство»?
По словам Alice Harding, астрофизика из Goddard Space Flight Center, высокоэнергетическая эмиссия и ветер от пульсара нагревает и «сдувает» материал с «нормальной звезды. От отмечает, что всего за несколько миллионов лет пульсар может полностью «съесть» звезду.
Космический гамма-телескоп «Ферми» занимается поисками таких «пожирателей звёзд». По словам Mallory Roberts, исследователя Eureka Scientific, почти все «чёрные вдовы» и «redbacks», известные в нашей галактике, были обнаружены «Ферми».
Пульсары испускают интенсивное излучине, потому что быстрое вращение и сильное магнитное поле приводит к ускорению частиц до огромных энергий. Для астрономов, наблюдения за «черными вдовами» и «redbacks» — это возможность наблюдать за тем, как как происходит уничтожение звезд и образование «одиночных» пульсаров.
Когда Roger Romani начал исследовать PSR J1311 – 343, он запечатлил систему в видимом свете. Было установлено, что бинарной системе содержится слабая звезда, которая каждый час-полтора изменяет свой цвет от интенсивного синего до ярко красного. Romani предположил, что звезда систематически нагревается каким-то компактными объектом, вероятнее всего, пульсаром. Именно тогда учёный понял, что он имеет дело с новой «черной вдовой».
Его измерения показали, что температура стороны звезды, обращённой к пульсару, составляет порядка 12 тысяч градусов Цельсия, то есть более чем в 2 раза горячее поверхности Солнца. Температура «прохладной» стороны звезды при этом составляла 2700 С.
Простые модели, используемые для других «черных вдов», предполагают, что пульсар нагревает своего «партнёра» равномерно. Но температурные данные J1311 противоречили этому. Дополнительные наблюдения, сделанные в 2013 году посредством Gemini Telescope в Чили и Keck Telescope на Гавайях, показали вспышки на звезде, что указывает на неравномерное нагревание. Учёный предположил, что он имеет дело с нейтронной звездой, масса которой не более двух солнечных масс.
Holger Pletsch из Albert Einstein Institute in Hannover, возглавлявший международную команду исследователей, поставил перед собой цель, пересмотреть данные, собранные «Ферми» за четыре года, дабы найти гамма-лучевой импульс. Установленные Romani параметры позволили сузить поиски. Вооружившись новым более эффективным методом исследования, учёные довольно быстро достигли поставленной цели.
По словам Pletsch, впервые исследователям удалось обнаружить миллисекундный пульсар исключительно по импульсным гамма-лучам. Он отмечает, что J1311 вращается в среднем миллион раз между двумя гамма-лучевыми импульсами.
«Черные вдовы» и «redback» — это уникальные естественные лаборатории для изучения пульсаров, которое подобно паукам, поедают ни в чем не повинные звезды.
