Астрофизики объяснили поведение уникальной системы с нейтронной звездой

Ученые из Голландии смогли объяснить редкие очень мощные вспышки в рентгеновском диапазоне, источником которых является двойная система с нейтронной звездой. Используя наблюдения нескольких рентгеновских телескопов, удалось выяснить, что причиной энерговыделения является взаимодействие с магнитным полем. Работа опубликована в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Так называемый быстрый барстер (Rapid Burster) является двойной системой из нейтронной звезды и маломассивной обычной звезды. Сильная гравитация звездного остатка перетягивает газ внешних слоев обычной звезды, который формирует аккреционный диск, в котором вещество по спирали движется к нейтронной звезде. Большинство таких двойных систем производит вспышки в рентгеновском диапазоне с периодичностью раз в несколько часов или дней — их называют вспышками первого типа. Однако быстрый барстер демонстрирует особенное поведение: когда его рентгеновская светимость велика, он производит вспышки первого типа, однако в течение периодов пониженной светимости он порождает намного более мощные и внезапные вспышки второго типа.

Несмотря на сорокалетний поиск, вспышки второго типа были найдены только у двух объектов. Помимо быстрого барстера, их источником также является взрывной пульсар (Bursting Pulsar) — найденная в 1990-х двойная система из маломассивной обычной звезды и быстро вращающейся и сильно замагниченной нейтронной. Взрывной пульсар производит вспышки только второго типа.

Из-за редкости источников вспышек второго типа, порождающие их физические механизмы не были твердо установлены. «Быстрый барстер — это эталонная система для изучения вспышек второго типа: это первый найденный их источник и единственная система, порождающая вспышки обоих типов», — говорит Якоб ван дер Ейнден, аспирант Института астрономии имени Антона Паннекука в Амстердаме. Якоб с соавторами использовал сразу несколько телескопов: Swift для определения времени начала вспышки, XMM-Newton для измерения рентгеновского потока от самой нейтронной звезды и газа в аккреционном диске и NuSTAR для изучения более жесткого излучения нейтронной звезды, отраженного от диска.

Благодаря всестороннему исследованию удалось выяснить, что причиной вспышек второго типа является накопление вещества на внутренней границе диска из-за взаимодействия с вращающимся магнитным полем. «Как будто вы кидаете что-то на быстро крутящуюся карусель: объекты будут отскакивать, пока вы не бросите с достаточной скоростью, — поясняет Якоб. — Примерно то же самое происходит в этой системе: пока газ не обладает достаточной скоростью, он накапливается на внутренней границе диска, но со временем он ускоряется, и рано или поздно большое количество вещества выпадает на поверхность звезды, производя вспышку».

Эта модель предполагает наличие видимого зазора между диском и звездой. Именно такая особенность и была зафиксирована в наблюдениях: газ останавливал падение на расстоянии 90 километров при радиусе самой звезды в 10 километров. Это позволило исключить альтернативное объяснение, предполагавшее рост неустойчивостей в диске благодаря эффектам общей теории относительности, потому что в таком случае зазор не должен образовываться.