Данные, зарегистрированные рентгеновской обсерваторией "Чандра" о нейтронной звезде, когда она проходила через плотный участок звёздного ветра, исходящего от её массивной звезды-компаньона, дают ценную информацию о структуре и составе этих звёздных ветров и об окружающей среде самой нейтронной звезды.
Документ, описывающий исследования, возглавляемые астрономами Университета штата Пенсильвания, был опубликован 15 января 2019 года в ежемесячном журнале Королевского Астрономического Общества.
“Звёздный ветер представляет собой быстро перемещающееся вещество, состоящее из протонов, электронов и атомов металлов, выбрасываемых из звёзд. Этот материал обогащает окружающую среду звезды металлами, энергией и ионизирующим излучением. Всё это - исходный материал для звездообразования. До последнего десятилетия считалось, что звёздные ветры однородны, но эти новые данные от “Чандры” дают прямое доказательство того, что они наполнены плотными сгустками”, - Прагати Прадхан, исследователь в области астрономии и астрофизики в Университете Пенсильвании и ведущий автор статьи.
Наблюдаемая нейтронная звезда входит в массивную рентгеновскую двойную систему, в которой компактная и невероятно плотная нейтронная звезда существует в паре с массивной "нормальной" звездой-сверхгигантом. Нейтронные звёзды в двойных системах испускают рентгеновские лучи в том случае, когда вещество от звезды-компаньона падает на нейтронную звезду и ускоряется до высоких скоростей. В результате этого ускорения образуются рентгеновские лучи, которые могут взаимодействовать с веществом звёздного ветра для получения вторичных рентгеновских лучей сигнатурных энергий на различных расстояниях от нейтронной звезды. Например, атомы нейтрального незаряженного железа производят флуоресцентные рентгеновские лучи с энергией 6.4 килоэлектронвольт (кэВ), что примерно в 3000 раз превышает энергию видимого света. Астрономы используют спектрометры, такие как приборы на Чандре, чтобы обнаружить эти рентгеновские лучи и разделить их на основе их энергии, чтобы узнать о составах звёзд.
“Нейтральные атомы железа являются общим компонентом звёзд, поэтому мы обычно видим явно выраженные большие пики в данных от наших спектрометров именно на энергиях 6.4 кэВ. Именно это мы наблюдаем, глядя на рентгеновские лучи от большинства нейтронных звёзд в массивных рентгеновских двойных системах. Когда мы посмотрели на рентгеновские данные от одной такой системы, известной как OAO 1657-415, мы увидели, что этот пик в 6.4 кэВ имеет необычную особенность. Пик имел широкую протяженность до 6.3 кэВ. Это расширение мы назвали “плечом Комптона”, оно указывает на то, что рентгеновские лучи нейтрального железа рассеиваются обратно плотной материей, окружающей звезду. Это лишь вторая массивная рентгеновская двойная система, где была обнаружена такая особенность”.
Исследователи также использовали современные приборы “Чандры” для определения нижнего предела расстояния от нейтронной звезды, на котором образуются рентгеновские лучи нейтрального железа. Их спектральный анализ показал, что нейтральное железо ионизируется, по крайней мере, за 2.5 световые секунды, то есть на расстоянии около 750 миллионов метров от нейтронной звезды, для получения рентгеновских лучей.
“В этой работе мы видим затемнение рентгеновских лучей от нейтронной звезды и заметную линию от нейтрального железа в рентгеновском спектре — две подписи, поддерживающие теорию о неоднородной природе звёздных ветров", - сказал Прадхан. Кроме того, обнаружение “плеча Комптона” также позволило нам составить карту окружающей среды вокруг этой нейтронной звезды. Мы ожидаем, что сможем улучшить наше понимание этого явления с предстоящим запуском космических аппаратов, таких как Lynx и Athena, которые будут иметь улучшенное рентгеновское спектральное разрешение”.
В мае 2019 года Прадхан и её команда планируют осуществить новую исследовательскую кампанию, изучая те же массивные рентгеновские двойные системы, но уже с помощью другого аппарата - обсерватории NuSTAR. Она способна охватывать более широкий спектр рентгеновского излучения от изучаемого источника - в диапазоне энергий от 3 до 70 кэВ.
“Мы очень ждём реализацию предстоящего наблюдения от NuSTAR. Такие эксперименты в жёстких рентгеновских лучах добавят еще одно измерение к нашему пониманию физики этой системы, и у нас будет возможность оценить магнитное поле нейтронной звезды в объекте OAO 1657-415, которое, вероятно, в миллион раз сильнее самого сильного магнитного поля на Земле”.
По информации Университета штата Пенсильвании.
На изображении: Иллюстрация рентгеновской двойной системы средней массы, состоящей из компактной, невероятно плотной нейтронной звезды в паре с массивной нормальной звездой-сверхгигантом. Новые данные рентгеновской обсерватории “Чандра” показывают, что нейтронная звезда в массивной двойной рентгеновской стеме OAO 1657-415 прошла через плотный участок звёздного ветра, исходящего от своей звезды-компаньона, что и позволило продемонстрировать неоднородную природу звёздных ветров. Источник: NASA/CXC/M. Weiss
