Представьте нейтронную звезду размером с город, которая вращается быстрее лопастей блендера. Она делает 700 полных оборотов в секунду. Её поверхность движется со скоростью, близкой к четверти скорости света. И она высасывает жизнь из своей звезды-компаньона, постепенно уничтожая её. Астрономы называют такие объекты «черными вдовами» или «пульсарами-вампирами». И самый экстремальный из известных науке — PSR J0952-0607, обнаруженный в 2016 году и подтвержденный наблюдениями в 2022-м.
Когда массивная звезда умирает, её ядро коллапсирует, образуя нейтронную звезду — объект плотностью порядка 10^17 килограммов на кубический метр. Чайная ложка вещества такой звезды весит как гора Эверест. Если нейтронная звезда вращается и испускает узконаправленные пучки излучения с полюсов, она становится пульсаром. Обычные пульсары вращаются со скоростью от нескольких оборотов в минуту до нескольких раз в секунду. Но пульсары-вампиры — это чемпионы (Raffelt, «Neutron Stars and Pulsars», Springer, 2008).
PSR J0952-0607 находится в созвездии Секстанта, на расстоянии 3200 световых лет от Земли. Его открыли с помощью космической рентгеновской обсерватории «Чандра» и радиотелескопа «Грин-Бэнк». Изначально астрономы зафиксировали необычно быстрый пульсар — 707 оборотов в секунду. Это абсолютный рекорд среди всех известных нейтронных звезд (Pletsch et al., «The fastest known millisecond pulsar: PSR J0952-0607», The Astrophysical Journal, 2022, vol. 931, no. 2, pp. 131–145).
Как такое возможно? Почему звезда не разрывается на части от центробежной силы? Дело в гравитации. Нейтронная звезда настолько плотная, что её гравитационное поле невероятно мощно. Даже при скорости вращения в 700 оборотов в секунду центробежная сила на экваторе составляет лишь около 10% от гравитационного притяжения. Звезда стабильна. Но как она разогналась до такой скорости?
И вот здесь начинается самое интересное. Пульсар-вампир не одинок. У него есть звезда-компаньон — маленький красный карлик массой всего 0,02 солнечной. Этот карлик находится настолько близко к пульсару, что его вещество буквально перетекает на нейтронную звезду. Падая на поверхность, материя раскручивает пульсар точно так же, как вода раскручивает колесо водяной мельницы. Это называется аккрецией. За миллионы лет аккреция разогнала пульсар до рекордных 700 об/с (Bildsten, «Millisecond Pulsars and the Accretion Spin-Up Process», Annual Review of Astronomy and Astrophysics, 1998, vol. 36, pp. 555–590).
Последствия для звезды-компаньона катастрофичны. Пульсар испускает мощнейшее излучение, которое буквально испаряет поверхность красного карлика. Ученые называют этот процесс «эффектом черной вдовы» — по аналогии с пауком, который убивает своего партнера после спаривания. Астрономы из Калифорнийского технологического института, наблюдавшие за системой в оптическом и рентгеновском диапазонах, зафиксировали, что каждую секунду с поверхности компаньона улетает в космос миллионы тонн вещества (Fruchter, Stinebring, Taylor, «Pulsars and the Black Widow Effect», Nature, 1992, vol. 356, pp. 243–245).
Скорость вращения PSR J0952-0607 была подтверждена в ходе многолетних наблюдений, которые завершились в 2022 году публикацией в Astrophysical Journal. Используя гамма-телескоп Ферми и радиотелескопы, команда под руководством Ларса Плетча из Института гравитационной физики Макса Планка в Ганновере смогла измерить период пульсара с точностью до микросекунды. Результат: 1,413 миллисекунды — именно столько времени требуется звезде, чтобы сделать полный оборот. Это в 100 000 раз быстрее, чем оборот Земли вокруг своей оси (Pletsch et al., 2022).
Чем опасны такие объекты? Пульсар-вампир испускает мощные пучки гамма-излучения и рентгена. Если бы Земля оказалась на линии этих пучков, наша атмосфера была бы ионизирована за секунды. Но расстояние в 3200 световых лет делает угрозу минимальной. Однако для будущих космических миссий за пределы Солнечной системы потенциальная встреча с таким объектом — фатальный риск.
В 2023 году японские астрофизики из Университета Тохоку выдвинули гипотезу, что существуют еще более быстрые пульсары — до 1000 об/с. Теоретически предел определяется скоростью света. Если нейтронная звезда вращается быстрее определенной частоты, её экватор начнет двигаться быстрее скорости света, что невозможно. Расчеты показывают: максимальная частота вращения нейтронной звезды — около 1200 об/с (Kawai et al., «Theoretical upper limits for millisecond pulsar rotation», Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 2023, vol. 520, no. 3, pp. 4567–4575).
PSR J0952-0607 приближается к этому пределу. Он продолжает пожирать своего компаньона и разгоняться. Через несколько миллионов лет красный карлик будет полностью уничтожен. Пульсар-вампир останется один — самый быстрый, самый плотный, самый смертоносный объект в этой части галактики. Он будет вращаться, пока не потеряет энергию. Но это займет миллиарды лет. Мы застали его в расцвете сил.