Астрофизик КФУ: ««Великолепную семерку» нейтронных звезд мы превратили в «Великолепную восьмерку»»

Ученым удалось доказать «родственные связи» группы радиотихих близких нейтронных звезд и радиогромкого пульсара.

Международная группа исследователей, в которую входит научный сотрудник Института астрономии и астрофизики Университета города Тюбинген (Германия), старший научный сотрудник НИЛ «Рентгеновская астрономия» Казанского федерального университета Валерий Сулейманов, обнаружила сходство тепловoго рентгеновского излучения радиопульсара PSR J0726-2612 с тепловым излучением ряда близких одиночных нейтронных звезд, удаленных на расстоянии от 200 до 500 парсек от Земли, так называемой «Великолепной семерки».

Мы попросили ученого КФУ объяснить суть сделанного открытия. Он начал с того, что рассказал о природе нейтронных звезд – самых плотных объектов во Вселенной. Один кубический сантиметр вещества нейтронной звезды весил бы в земных условиях более ста миллионов тонн.

«Нейтронные звезды рождаются в конце жизненного пути массивных звезд в результате катастрофического сжатия, коллапса их железных ядер. Такие звезды весят как минимум в восемь раз больше, чем Солнце, а само железное ядро перед коллапсом тяжелее Солнца примерно в полтора раза.  Гравитационный коллапс, рождающий нейтронную звезду, сопровождается грандиозным выделением энергии при падении остальной звезды на новорожденную нейтронную звезду, с последующим разлетом вещества внешних слоев звезды-прародительницы. Это явление наблюдается как вспышка сверхновой звезды второго типа», – ввел в курс дела В.Сулейманов.

По словам астрофизика, в нашей галактике Млечный Путь такие вспышки случаются примерно один раз в сто лет. Возраст галактики – около десяти миллиардов лет. Это значит, что в ней должно было появиться около ста миллионов нейтронных звезд.

«Увидеть одиночные нейтронные звезды не так-то просто, – продолжил свой рассказ  исследователь. – Их радиусы невелики – всего-то около 12 километров, поэтому старые остывшие нейтронные звезды, имеющие температуру поверхности меньше ста тысяч градусов, практически невозможно обнаружить на межзвездных расстояниях, слишком слабо они светят. Однако первые миллионы лет жизни нейтронные звезды являются достаточно горячими, температура их поверхности – около 1 миллиона градусов. Этого достаточно, чтобы они могли быть обнаружены в рентгеновских лучах космическими обсерваториями».

Помимо совсем молодых горячих нейтронных звезд, сообщил Валерий Фиалович, в остатках вспышек сверхновых звезд найдено семь довольно близких тусклых одиночных нейтронных звезд с возрастом несколько миллионов лет. Это так называемая «Великолепная семерка».

«Блеск этих семи звезд регулярно меняется с периодом вращения, составляющим несколько секунд. Измерив скорость уменьшения периода вращения, нам удалось получить величину магнитного поля на их поверхности, оно оказалось примерно в десять тысяч миллиардов раз сильнее, чем магнитное поле Земли. Радиоизлучения от этих объектов достоверно зафиксировано не было, что странно, ведь по всем остальным характеристикам данные нейтронные звезды близки к радиопульсарам», – отметил  доктор физико-математических наук.

Как пояснил Валерий Сулейманов, радиопульсары – это относительно молодые нейтронные звезды  (их возраст меньше ста миллионов лет) с сильным магнитным полем. Напряженность поля на их поверхности сравнима с силой магнитного поля звезд «Великолепной семерки», хотя в большинстве случаев оно примерно в десять раз слабее. Излучают они главным образом в радиодиапазоне. Это радиоизлучение является направленным вдоль магнитной оси радиопульсара, с углом раствора конуса излучения около десяти градусов. Зарегистрировать его можно только в том случае, если этот пучок радиоизлучения на каких-то фазах вращения оказывается направлен на Землю.

«Как правило, магнитная ось не совпадает с осью вращения, и радиолуч вращающегося пульсара подобен вращающемуся лучу света маяка. Когда радиолуч оказывается направлен на Землю, радиотелескопы фиксируют импульс радиоизлучения. Таким образом, наблюдаемое радиоизлучение пульсирует,  то есть повторяется с периодом вращения нейтронной звезды. Подавляющее большинство (около 2000) известных сегодня нейтронных звезд являются радиопульсарами.

В рентгеновском диапазоне спектра излучения молодых радиопульсаров наблюдается вклад теплового излучения поверхности еще горячей нейтронной звезды, – рассказывает астрофизик. – Совместно с итальянскими коллегами мы внимательно изучили характеристики такого теплового рентгеновского излучения одного из молодых радиопульсаров, PSR J0726-2612, с особенно сильным магнитным полем. Его период вращения, 3.4 секунды, типичен для нейтронных звезд «Великолепной семерки». Оказалось, что и тепловой рентгеновский спектр так же хорошо соответствует спектрам этой группы нейтронных звезд и даже имеется линия поглощения на нужных энергиях фотонов. И теперь можно с уверенностью говорить уже о «Великолепной восьмерке», добавив этот радиопульсар к предыдущим семи нейтронным звездам!»

Международная группа ученых в статье, опубликованной в журнале Astronomy & Astrophysics, также  предположила, что уловить пульсирующее радиоизлучение от «Великолепной семерки» невозможно из-за неудачной для нас ориентации в пространстве их конусов радиоизлучения.

«По-видимому, ничего особенно уникального в нейтронных звездах «Великолепной семерки» нет. Это обычные молодые близкие радиопульсары с магнитным полем сильнее обычного, но нам не повезло с «геометрией». В конусы их радиоизлучения Земля не попадает, и мы видим только остывающую поверхность нейтронных звезд в рентгеновском диапазоне спектра.

Интересно отметить, что эта «неудачная» геометрия расположения горячих магнитных полюсов на поверхности двух членов «Великолепной семерки» – RBS 1223 и RX J0720.4-3125 – была обнаружена ранее в наших совместных работах с учеными из Германии, из Университета города Йена. Наши результаты также косвенно подтверждают сведения о низкочастотном пульсирующем радиоизлучении ряда тусклых нейтронных звезд из числа «Великолепной семерки», обнаруженном ранее нашими коллегами из Пущинской радиоастрономической обсерватории», – сообщил, завершая беседу, известный исследователь нейтронных звезд.