Джерелом потужних гамма-променів виявився космічний "павук"

Астрономи виявили перший приклад подвійної системи, де зірка, яка перебуває у процесі перетворення на білого карлика, обертається навколо нейтронної зірки, яка щойно закінчила перетворюватися на швидко обертовий пульсар.

Пара є "відсутньою ланкою" в еволюції таких бінарних систем, розповідають в Національній лабораторії оптико-інфрачервоної астрономії (NOIRLab) Національного наукового фонду (NSF) США.

Яскравим та загадковим джерелом гамма-променів виявилася швидко обертова нейтронна зоря, звана мілісекундним пульсаром, яка обертається навколо іншої зірки в процесі еволюції у білого карлика з надзвичайно низькою масою. Ці типи подвійних систем астрономи називають "павуками", оскільки пульсар прагне "з’їсти" зовнішні частини зірки-компаньйона, поки вона перетворюється на білого карлика.

Дует був виявлений астрономами за допомогою 4,1-метрового телескопа "Південні астрофізичні дослідження" (SOAR) на горі Серро-Пачон в Чилі, який є частиною Міжамериканської обсерваторії Серро Тололо (CTIO), програми NOIRLab.

Космічний гамма-телескоп NASA "Фермі" каталогізує об’єкти у Всесвіті, які виробляють рясні гамма-промені, з моменту свого запуску у 2008 році. Але не всі джерела гамма-променів, які він виявляє, були класифіковані. Одне з таких джерел, назване астрономами 4FGL J1120.0-2204, було другим найяскравішим джерелом гамма-випромінювання на всьому небі, яке досі залишалося неідентифікованим.

Астрономи зі Сполучених Штатів і Канади на чолі із Семюелом Свіхартом з Лабораторії військово-морських досліджень США у Вашингтоні, округ Колумбія, використали спектрограф Гудмана на телескопі SOAR для визначення справжньої ідентичності 4FGL J1120.0-2204. Джерелом гамма-випромінювання, яке також випускає рентгенівське випромінювання, як було помічено космічними телескопами NASA "Свіфт" та XMM-Newton від ЄКА, виявилася бінарна система. Цей бінар складається з "мілісекундного пульсара", що обертається сотні разів на секунду, і попередника білого карлика надзвичайно малої маси. Пара розташована на відстані понад 2600 світлових років від нас.

«Важливими аспектами цього відкриття були час, присвячений Університетом штату Мічиган телескопу SOAR, його розташування в південній півкулі, а також точність і стабільність спектрографа Гудмана», – каже Свіхарт.

«Це чудовий приклад того, як телескопи середнього розміру загалом, і SOAR зокрема, можуть бути використані у допомозі охарактеризування незвичайних відкриттів, зроблених іншими наземними та космічними установками», – зазначає Кріс Девіс, директор програми NOIRLab. «Ми очікуємо, що протягом наступного десятиліття SOAR відіграватиме вирішальну роль у спостереженні багатьох інших змінних у часі джерел та джерел, що випромінюють у кількох спектрах».

Оптичний спектр бінарної системи, виміряний спектрографом Гудмана, показав, що світло від прото-білого карлика-компаньйона зміщується за Допплером — по черзі до червоного та синього кольору — вказуючи на те, що він обертається навколо компактної масивної нейтронної зірки кожні 15 годин.

«Спектри також дозволили нам обмежити приблизну температуру та поверхневу гравітацію зірки-компаньйона», — каже Свіхарт, команда якого змогла взяти ці властивості та застосувати до моделей, що описують еволюцію подвійних зоряних систем. Це дозволило їм визначити, що компаньйон є попередником білого карлика надзвичайно малої маси, з температурою поверхні 8200 °C та масою лише 17% маси Сонця.

Коли зірка з масою, подібною до сонячної або меншою, досягає кінця свого життя, у неї закінчується водень, який використовується для підживлення процесів ядерного синтезу в її ядрі. Якийсь час гелій переважає та живить зірку, змушуючи її стискатися й нагріватися, а також спонукаючи її розширюватися й еволюціонувати у червоного гіганта розміром у сотні мільйонів кілометрів. Згодом зовнішні шари цієї розбухлої зірки можуть акреціювати на бінарний компаньйон, і ядерний синтез припиняється, залишаючи після себе білий карлик розміром із Землю та температурою понад 100 000 °C.

Прото-білий карлик у системі 4FGL J1120.0-2204 ще не закінчив еволюцію.

«Наразі він роздутий та приблизно у п′ять разів більший за радіусом, ніж звичайні білі карлики з такою ж масою», - каже Свіхарт. «Він продовжуватиме охолоджуватися та скорочуватися, і приблизно через два мільярди років буде виглядати ідентично багатьом білим карликам надзвичайно малої маси, про які ми вже знаємо».

Мілісекундні пульсари обертаються сотні разів щосекунди. Вони розкручуються шляхом нарощування матерії від компаньйона, у цьому випадку від зірки, яка стала білим карликом. Більшість мілісекундних пульсарів випускають гамма-промені та рентгенівське випромінювання, часто коли пульсарний вітер, який являє собою потік заряджених частинок, що виходять від обертової нейтронної зірки, стикається з матеріалом, що випускається зіркою-компаньйоном.

Відомо близько 80 білих карликів надзвичайно малої маси, але «це перший знайдений попередник білого карлика надзвичайно малої маси, який, ймовірно, обертається навколо нейтронної зірки», — каже Свіхарт. Відповідно, 4FGL J1120.0-2204 є унікальним поглядом на кінець цього процесу розкручування. Усі інші відкриті подвійні системи з білим карликом і пульсаром вже давно пройшли стадію розкручування.

«Подальша спектроскопія за допомогою телескопа SOAR, націлена на неасоційовані джерела гамма-випромінювання Фермі, дозволила нам побачити, що компаньйон обертається навколо чогось», — говорить Свіхарт. «Без цих спостережень ми б не змогли знайти цю дивовижну систему».

Це дослідження було представлено в статті «4FGL J1120.0–2204: унікальна подвійна система яскравого у гамма-випромінюванні бінара з нейтронною зіркою та прото-білим карликом надзвичайно низької маси», яка буде опублікована в The Astrophysical Journal.

! Читайте ще цікаві новини про космос на сайті, або слідкуйте за ними на Facebook.