Международная команда астрономов из США, Италии и Испании, используя данные космической обсерватории NASA IXPE (Imaging X-ray Polarimetry Explorer) и наземных телескопов, определила механизм генерации рентгеновского излучения в необычной двойной системе PSR J1023+0038 (J1023). Это открытие меняет понимание взаимодействия нейтронных звёзд с окружающим веществом.
Система J1023 представляет собой редкий «переходный миллисекундный пульсар». Она состоит из быстро вращающейся нейтронной звезды (пульсара), перетягивающей вещество со звезды-компаньона малой массы и формирующей вокруг себя аккреционный диск. Уникальность J1023 в чётком чередовании активных фаз (аккреция) и «спящих» состояний, когда пульсар испускает радиоимпульсы.
Ключевой вопрос исследования заключался в определении источника рентгеновского излучения системы, что важно для создания корректных моделей ускорения частиц и физики аккреции вокруг нейтронных звёзд. Для этого учёные измерили угол поляризации (характеризующий упорядоченность волн) в рентгеновском и оптическом диапазонах. Наблюдения в рентгене выполнил единственный действующий телескоп, способный на такие измерения в космосе. Оптические данные предоставил Очень Большой Телескоп (VLT) Европейской Южной Обсерватории в Чили. Дополнительную информацию в высокоэнергетическом диапазоне собрали обсерватории NASA NICER и Neil Gehrels Swift, а также радиотелескоп VLA в Нью-Мексико.
Анализ выявил идентичный угол поляризации рентгеновского и оптического излучения. «Это убедительное свидетельство, что единый, согласованный физический механизм лежит в основе наблюдаемого света», — пояснил Франческо Коти Джелати из Института космических наук в Барселоне, соавтор исследования. Источником излучения оказался не аккреционный диск, как предполагали ранее, а пульсарный ветер — хаотичная смесь газа, ударных волн, магнитных полей и частиц, разогнанных почти до скорости света, которая сталкивается с диском.
«IXPE наблюдал много изолированных пульсаров и установил, что рентгеновское излучение обеспечивает пульсарный ветер. Эти новые наблюдения показывают, что пульсарный ветер генерирует бо?льшую часть энерговыделения системы», — отметил астрофизик NASA Филип Кэрэт, научный руководитель миссии IXPE. Это открытие бросает вызов устоявшимся представлениям об излучении нейтронных звёзд в двойных системах.
Учёные продолжают изучать переходные миллисекундные пульсары, сравнивая их с другими типами пульсаров и туманностями пульсарного ветра. По словам ведущего автора Марии Кристины Бальо из Национального института астрофизики (INAF) Италии, понимание механизмов генерации излучения пульсарным ветром в таких системах, как J1023, приближает учёных к пониманию физики этих экстремальных космических объектов.