Ученые из Московского физико-технического института, Института космических исследований Российской академии наук (ИКИ) и Пулковской обсерватории обнаружили уникальную нейтронную звезду, магнитное поле которой проявляется только тогда, когда звезда видна под определенным углом относительно наблюдателя. Ранее все нейтронные звезды можно было сгруппировать в два больших семейства: первое включало объекты, в которых магнитное поле проявляет себя в течение всего цикла вращения, а другое включало объекты, в которых магнитное поле вообще не измеряется. Исследованная нейтронная звезда GRO J2058 + 42 дает представление о внутренней структуре магнитного поля нейтронной звезды только на определенной фазе ее периода вращения. Работа была опубликована в Astrophysical Journal Letters.
Нейтронная звезда в системе GRO J2058 + 42 была обнаружена почти четверть века назад с помощью Compton Gamma-Ray Observatory (CGRO) в США. Она относится к классу так называемых переходных рентгеновских пульсаров. Этот объект изучался с использованием различных инструментов, и ничто не отличало его от других объектов этого класса. Только недавние наблюдения с космической обсерватории NuSTAR, которая имеет выдающуюся комбинацию высокого энергетического разрешения (<400 эВ) и чрезвычайно широкого энергетического диапазона (3-79 кэВ), позволили ученым обнаружить специфическую особенность в излучении пульсара, потенциально приводящую этот первый объект к новому семейству нейтронных звезд.
В энергетическом спектре источника зарегистрирована циклотронная линия поглощения, позволяющая оценить напряженность магнитного поля нейтронной звезды. Такое наблюдаемое явление (циклотронная линия) не является новым и в настоящее время наблюдается примерно у 30 рентгеновских пульсарах. Уникальность открытия российских ученых заключается в том, что эта линия проявляется только тогда, когда нейтронная звезда видна под определенным углом относительно наблюдателя. Это открытие стало возможным благодаря детальному "томографическому" анализу системы. Рентгеновские спектры нейтронной звезды GROJ2058+42 были измерены с десяти различных направлений, и только в одном из них было обнаружено значительное снижение интенсивности излучения около 10 кэВ. Эта энергия приблизительно соответствует напряженности магнитного поля 1012 Тл на поверхности нейтронной звезды. Полученный результат особенно интересен в связи с одновременной регистрацией высших гармоник циклотронной линии в одной и той же фазе вращения нейтронной звезды.
Нейтронные звезды представляют собой сверхплотные объекты с радиусом около 10 км и массой в 1,4-2,5 раза превышающей массу Солнца. Нейтронные звезды рождаются в результате взрывов сверхновых, которые могут привести к такому сжатию вещества, что электроны сливаются с протонами и образуют нейтроны, в результате чего образуются колоссальные массы в малых объемах. Более того, напряженность магнитного поля на поверхности нейтронной звезды после коллапса может достигать 1011-1012 Тл (что в десятки миллионов раз выше того, что достигается в самых мощных земных лабораториях). Как правило, нейтронные звезды имеют дипольную конфигурацию магнитного поля - т. е. они имеют два полюса (подобно Земле, которая имеет северный и южный магнитные полюса).
Некоторые из нейтронных звезд могут образовывать двойные системы с нормальными звездами, захватывая вещество от своих нормальных спутников и аккрецируя его на магнитные полюсы. Этот процесс в некоторой степени похож на захват Земли солнечными частицами ветра, что приводит к явлению, известному как полярное сияние. Если ось вращения нейтронной звезды не совпадает с ее магнитной осью, наблюдатель зарегистрирует периодический сигнал, подобный сигналу от маяка, и звезда появится в виде рентгеновского пульсара.
GRO J2058 + 42 - очень своеобразный рентгеновский пульсар, поскольку его излучение можно наблюдать только во время ярких вспышек. Такое поведение объясняется тем, что звезда-компаньон в этой системе принадлежит к так называемым звездам класса Be. Такие звезды вращаются вокруг своей оси так быстро, что вокруг экватора образуется истекающий (или так называемый декретированный) диск материи. Когда нейтронная звезда движется вокруг него с большой скоростью, вещество из такого диска начинает течь на его поверхность, что приводит к вспышке или быстрому увеличению яркости. Это идеальные моменты для изучения физических свойств таких объектов.
Такие исследования, как правило, усложняются тем, что вспышки в большинстве таких систем довольно редки и не могут быть надежно предсказаны. Поэтому важно оперативно организовывать наблюдения с космическими обсерваториями, когда такие события случаются. Ученым из вышеупомянутых институтов посчастливилось поймать начало новой вспышки из GRO J2058 + 42 и быстро организовать серию наблюдений с обсерваторией NuSTAR. Эти наблюдения показали, что магнитное поле проявляется только во время определенных фаз вращения нейтронной звезды, что может указывать на ее необычную конфигурацию или особенности в геометрии системы.
В общем, возможные неоднородности в структуре магнитного поля нейтронных звезд были предсказаны теоретическими расчетами, но ранее считалось, что такие неоднородности образуются только в результате коротких вспышек, наблюдаемых от магнетаров. Открытие русскими учеными впервые доказало, что магнитное поле нейтронной звезды имеет значительно более сложную структуру, чем считалось ранее, и что эта сложная структура может сохранять свою форму в течение довольно длительного времени и быть фундаментальным свойством объекта.
Александр Лутовинов, профессор Российской академии наук, заместитель директора по исследованиям Института космических исследований, профессор МФТИ и один из авторов открытия, сказал: «Структура магнитных полей нейтронных звезд является фундаментальной проблемой ее формирования и эволюции. С одной стороны, дипольная структура звезды-предшественника должна быть сохранена во время коллапса, но с другой стороны, даже у нашего собственного Солнца есть локальные неоднородности магнитного поля, которые проявляются как солнечные пятна. Подобные структуры были теоретически предсказаны для нейтронных звезд. Также здорово видеть их в реальных наблюдениях впервые. Теперь у теоретиков появятся новые фактические данные для их моделирования, и у нас будет новый инструмент для изучения
По информации https://www.astronews.ru/cgi-bin/mng.cgi?page=news&news=20191209202344
Обозрение "Terra & Comp".
