Апарат “Фермі” виявив перші гамма-затьмарення в “павукових” зоряних системах

Виявлено перші гамма-затьмарення в бінарних зоряних системах особливого типу. Завдяки цьому для однієї із систем скориговано масу пульсара, який, як вважалося, перебуває на теоретичній межі маси між пульсаром і чорною дірою.

Про відкриття розповідають в НАСА, передають OstanniPodii.com.

Міжнародна група вчених проаналізувала понад десять років спостережень "Фермі", щоб знайти сім "павуків", які переживають ці затемнення, що відбуваються, коли маломасивна зірка-компаньйон проходить перед пульсаром з нашої точки зору. Отримані дані дозволили їм розрахувати, як нахиляються системи відносно нашої лінії зору, та отримати іншу інформацію.

"Одна з найважливіших цілей вивчення павуків - спробувати виміряти маси пульсарів", - сказав Колін Кларк, астрофізик з Інституту гравітаційної фізики імені Макса Планка в Ганновері, Німеччина, який керував роботою. " Пульсари являють собою кулі з найщільнішої матерії, яку ми можемо виміряти. Максимальна маса, якої вони можуть досягти, обмежує фізику в цих екстремальних умовах, які неможливо відтворити на Землі".

Стаття про дослідження була опублікована 26 січня в журналі Nature Astronomy.

Павукові системи

Павукові системи утворюються тому, що одна зірка в бінарі еволюціонує швидше, ніж її партнер. Коли більш масивна зірка вибухає надновою, вона залишає після себе пульсар. Цей зоряний залишок випускає пучки світла різної довжини, включно з гамма-променями, які то з′являються, то зникають з нашого поля зору, створюючи імпульси настільки регулярні, що вони можуть змагатися з точністю атомного годинника.

На ранніх стадіях пульсар-павук "харчується" від свого компаньйона, поглинаючи потік газу. У міру розвитку системи годування припиняється, оскільки пульсар починає обертатися швидше, генеруючи потоки частинок і випромінювання, які перегрівають зворотний бік компаньйона і розруйновують його.

Вчені ділять павукові системи на два типи, названі на честь видів павуків, самки яких іноді поїдають своїх дрібніших приятелів. Чорні вдови мають компаньйонів з масою менш як 5% від маси Сонця. У системах червоноспинних знаходяться більші компаньйони, які як за розміром, так і за масою, від 10% до 50% Сонця.

Вимірювання "павуків"

"До появи "Фермі" ми знали лише про кілька пульсарів, що випускають гамма-промені", - каже Елізабет Хейс, наукова співробітниця проєкту "Фермі" в Центрі космічних польотів імені Годдарда НАСА в Грінбелті, штат Мериленд. "Після понад десяти років спостережень місія ідентифікувала понад 300 і зібрала довгий, майже безперервний набір даних, який дає змогу спільноті займатися новаторськими науковими дослідженнями".

Дослідники можуть розрахувати масу павукових систем, вимірявши їхні орбітальні рухи. Спостереження у видимому світлі дають змогу виміряти швидкість руху компаньйона, а радіовимірювання показують швидкість пульсара. Однак ці вимірювання засновані на русі до нас і від нас. Для системи, розташованої майже лицевою стороною до нас, такі зміни незначні й можуть збити з пантелику. Такі самі сигнали може видавати й менша система, що повільно обертається та яку спостерігають збоку. Знання нахилу системи відносно нашої лінії зору вкрай важливе для вимірювання маси.

Кут нахилу зазвичай вимірюється за допомогою видимого світла, але ці вимірювання пов′язані з деякими потенційними ускладненнями. Коли компаньйон рухається по орбіті навколо пульсара, його перегріта сторона то з′являється, то зникає з поля зору, створюючи коливання у видимому світлі, які залежать від кута нахилу. Однак астрономи все ще вивчають процес перегріву, і моделі з різними схемами нагріву іноді передбачають різні маси пульсарів.

Гамма-промені, однак, генеруються тільки пульсаром і володіють такою енергією, що рухаються по прямій лінії, не піддаючись впливу сміття, якщо тільки їх не блокує компаньйон. Якщо гамма-промені зникають з набору даних від павукової системи, вчені можуть зробити висновок, що компаньйон затьмарив пульсар. Звідси вони можуть розрахувати нахил системи до нашої лінії зору, швидкості зірок і масу пульсара.

PSR B1957+20, або скорочено B1957, була першою відомою "чорною вдовою", відкритою 1988 року. Більш ранні моделі цієї системи, побудовані на основі спостережень у видимому світлі, визначили, що вона нахилена приблизно на 65 градусів до нашої прямої видимості, а маса пульсара у 2,4 раза більша за масу Сонця. Це робить B1957 найважчим з відомих пульсарів, що перебуває на теоретичній межі маси між пульсаром і чорною дірою.

Вивчивши дані "Фермі", Кларк і його команда виявили 15 відсутніх гамма-фотонів. Час імпульсів гамма-випромінювання від цих об′єктів настільки надійний, що 15 відсутніх фотонів за десятиліття досить значні, щоб команда змогла визначити, що система затьмарюється. Потім вони вирахували, що бінар нахилений на 84 градуси, а пульсар важить лише у 1,8 раза більше за Сонце.

"Існує прагнення знайти масивні пульсари, й ці павукові системи вважаються одним з найкращих способів їхнього пошуку", - сказав Метью Керр, співавтор роботи та фізик-дослідник з Військово-морської дослідницької лабораторії США у Вашингтоні. "Вони пройшли через дуже екстремальний процес перенесення маси від зірки-компаньйона до пульсара. Щойно ми дійсно відкоригуємо ці моделі, ми знатимемо напевно, чи є ці павукові системи масивнішими за решту популяцію пульсарів".

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