Источником мощных гамма-лучей оказался космический "паук"

Астрономы выявили первый пример двойной системы, где звезда, находящаяся в процессе превращения в белый карлик, вращается вокруг нейтронной звезды, только что закончившей превращаться в быстро вращающийся пульсар.

Пара является "недостающим звеном" в эволюции таких бинарных систем, рассказывают в Национальной лаборатории оптико-инфракрасной астрономии (NOIRLab) научного фонда (NSF) США.

Ярким и загадочным источником гамма-лучей оказалась быстро вращающаяся нейтронная звезда, называемая миллисекундным пульсаром, которая вращается вокруг другой звезды в процессе эволюции в белый карлик с очень низкой массой. Эти типы двойных систем астрономы называют "пауками", поскольку пульсар стремится "съесть" внешние части звезды-компаньона, пока она превращается в белый карлик.

Дуэт был обнаружен астрономами с помощью 4,1-метрового телескопа "Южные астрофизические исследования" (SOAR) на горе Серро-Пачон в Чили, являющегося частью Межамериканской обсерватории Серро Тололо (CTIO), программы NOIRLab.

Космический гамма-телескоп NASA "Ферми" каталогизирует объекты во Вселенной, производящие обильные гамма-лучи, с момента своего запуска в 2008 году. Но не все источники гамма-лучей, которые он обнаруживает, были классифицированы. Один из таких источников, называемый астрономами 4FGL J1120.0-2204, был вторым из самых ярких источников гамма-излучения на всем небе, который до сих пор оставалось неидентифицированным.

Астрономы из Соединенных Штатов и Канады во главе с Сэмюэлом Свихартом из Лаборатории военно-морских исследований США в Вашингтоне, округ Колумбия, использовали спектрограф Гудмана на телескопе SOAR для определения подлинной идентичности 4FGL J1120.0-2204. Источником гамма-излучения, также выпускающего рентгеновское излучение, как было замечено космическими телескопами NASA "Свифт" и XMM-Newton от ЕКА, оказалась бинарная система. Этот бинар состоит из "милисекундного пульсара", вращающегося сотни раз в секунду, и предшественника белого карлика чрезвычайно малой массы. Пара находится на расстоянии более 2600 световых лет от нас.

«Важными аспектами этого открытия было время, посвященное Университетом штата Мичиган телескопу SOAR, его расположение в южном полушарии, а также точность и стабильность спектрографа Гудмана», – говорит Свихарт.

«Это отличный пример того, как телескопы среднего размера в общем, и SOAR в частности, могут быть использованы в охарактеризовании необычных открытий, сделанных другими наземными и космическими установками», – отмечает Крис Дэвис, директор программы NOIRLab. «Мы ожидаем, что в следующем десятилетии SOAR будет играть решающую роль в наблюдении многих других переменных во времени источников и источников, излучающих в нескольких спектрах».

Оптический спектр бинарной системы, измеренный спектрографом Гудмана, показал, что свет от прото-белого карлика-компаньона смещается по Допплеру – поочередно к красному и синему – указывая на то, что он вращается вокруг компактной массивной нейтронной звезды каждые 15 часов.

«Спектры также позволили нам ограничить приблизительную температуру и поверхностную гравитацию звезды-компаньона», - говорит Свихарт, команда которого смогла получить эти свойства и применить к моделям, описывающим эволюцию двойных звездных систем. Это позволило им определить, что компаньон является предшественником белого карлика очень малой массы, с температурой поверхности 8200 °C и массой всего 17% массы Солнца.

Когда звезда с массой, подобной солнечной или меньшей, достигает конца своей жизни, у нее заканчивается водород, используемый для подпитки процессов ядерного синтеза в ее ядре. Какое-то время гелий преобладает и питает звезду, заставляя ее сжиматься и нагреваться, а также побуждая расширяться и эволюционировать в красный гигант размером в сотни миллионов километров. Впоследствии внешние слои этой эразбухшей звезды могут аккрецироваться на бинарный компаньон, и ядерный синтез прекращается, оставляя после себя белый карлик размером с Землю и температурой более 100 000 °C.

Прото-белый карлик в системе 4FGL J1120.0-2204 еще не завершил эволюцию.

«В настоящее время он раздут и примерно в пять раз больше радиуса, чем обычные белые карлики с такой же массой», - говорит Свихарт. «Он будет продолжать охлаждаться и сокращаться, и через два миллиарда лет будет выглядеть идентично многим белым карликам чрезвычайно малой массы, о которых мы уже знаем».

Милисекундные пульсары вращаются сотни раз в секунду. Они раскручиваются путем наращивания материи от компаньона, в этом случае от звезды, ставшей белым карликом. Большинство миллисекундных пульсаров испускают гамма-лучи и рентгеновское излучение, часто когда пульсарный ветер, представляющий собой поток заряженных частиц, исходящих от вращающейся нейтронной звезды, соприкасается с материалом, выпускаемым звездой-компаньоном.

Известно около 80 белых карликов очень малой массы, но «это первый найденный предшественник белого карлика очень малой массы, который, вероятно, вращается вокруг нейтронной звезды», — говорит Свихарт. Соответственно, 4FGL J1120.0-2204 является уникальным взглядом на конец этого процесса раскрутки. Все остальные открытые двойные системы с белым карликом и пульсаром уже давно прошли стадию раскрутки.

«Дальнейшая спектроскопия с помощью телескопа SOAR, нацеленная на неассоциированные источники гамма-излучения Ферми, позволила нам увидеть, что компаньон вращается вокруг чего-то», – говорит Свихарт. «Без этих наблюдений мы не смогли бы найти эту удивительную систему».

Это исследование было представлено в статье «4FGL J1120.0–2204: уникальная двойная система яркого в гамма-излучении бинара с нейтронной звездой и прото-белым карликом чрезвычайно низкой массы», которая будет опубликована в The Astrophysical Journal.

! Читайте еще интересные новости о космосе на сайте или следите за ними на Facebook.