Нейтронные звезды. Как понять зомби из космоса

По мере нарастания аккреции вещество звезды-компаньона, перетекающее на нейтронную звезду, приводит к ослабеванию ее магнитного поля. Когда оно уменьшается до 10⁸ гауссов, аккрецируемое вещество оказывается так близко к поверхности, что, передавая угловой момент пульсару, может ускорить его вращение настолько, что оно станет миллисекундным. По окончании аккреции рентгеновское излучение, источником которого был аккреционный диск, прекращается: теперь это опять миллисекундный радиопульсар в стадии так называемого раскручивания. Комбинация ослабленного магнитного поля и ускоренного вращения приводит к увеличению времени жизни пульсара. Видимый пульсар существует от десяти до ста миллионов лет, а возраст такой нейтронной звезды – более миллиарда лет, сопоставимо с возрастом Вселенной. Привет тебе, дважды умерший – “зомби в квадрате” – остаток ядра некогда массивной звезды, превратившийся в очень старый радиопульсар.

Тем временем компаньон миллисекундного пульсара превращается в белый карлик. Либо он остается белым карликом, либо сильный ветер высокоэнергетических частиц пульсара уносит прочь вещество соседней звезды. Такое происходит, если пульсар нагревает своего компаньона до температуры, вдвое превышающей температуру поверхности Солнца, и постепенно разрушает его. Именно поэтому некоторые пульсары не входят в двойные системы, а существуют “в гордом одиночестве”. Их называют “черными вдовами” по аналогии с самками одноименных пауков, пожирающими своих супругов. К таким пульсарам относится, например, первый миллисекундный пульсар, открытый Баккером. На данный момент обнаружено восемнадцать таких пульсаров в Млечном Пути и еще несколько в шаровых звездных скоплениях, принадлежащих нашей Галактике[16]. У некоторых из них компаньонов нет, тогда как спутниками других являются звезды чрезвычайно малой массы. Именно такого типа систему обнаружил Басса: масса белого карлика, компаньона пульсара, составляла всего 2 % от массы Солнца. Очевидно, что большую часть массы он потерял из-за соседства с очень “голодным” пульсаром. Когда спутник пульсара имеет чуть большую массу, но все еще явно сражается за свое выживание, пульсар, опять используя аналогию с пауками, называют “австралийской вдовой”¹⁰.

Тогда как миллисекундные пульсары обычно излучают радиоволны, некоторые из них не могут решиться на что-то определенное и периодически излучают то в радио-, то в рентгеновском диапазоне. Такие странные создания получили название “переходные миллисекундные пульсары”. В 2008 году группа из Амстердамского университета под руководством Энн Арчибальд с помощью телескопа Green Bank в Западной Вирджинии открыла новый радиопульсар, известный сейчас как PSR J1023 + 0038. Когда Энн и ее коллеги обратились к архивным данным, стало ясно, что за восемь лет до того ровно в этом же месте видели в оптическом диапазоне нейтронную звезду, окруженную аккреционным диском. Они начали непрерывное наблюдение нового пульсара с помощью телескопов Lovell, Arecibo, Green Bank и Westerbork. Пульсар был виден до июня 2013 года, а затем внезапно исчез. Через несколько недель снова появился аккреционный диск и звезда опять стала видна в оптическом диапазоне. Благодаря аккреционному диску она была очень яркой. Позднее наблюдения, выполненные в обоих участках спектра с помощью космических рентгеновских обсерваторий и оптических телескопов на Земле, показали, что система попеременно переключается с “радиовещания” на другие частоты, излучая в рентгеновском диапазоне, когда происходит аккреция вещества и пульсар становится виден в участке спектра, доступном невооруженному глазу¹¹.

Очень редко такие двойные системы состоят из двух пульсирующих нейтронных звезд. К настоящему моменту известна только одна такая система – двойной пульсар (PSR J0737–3039A/B). Хотя всплески более медленного пульсара, так называемого пульсара В, не фиксировались с 2008 года, его миллисекундный партнер А все еще благополучно излучает радиоволны¹².

Магнетары – самые сильные магниты во Вселенной

Другой механизм, приводящий даже к еще более мощному излучению, связан с магнитным полем некоторых нейтронных звезд. Напряженность их магнитного поля столь велика, что они, по-видимому, являются самыми сильными магнитами во всей Вселенной. По мере затухания магнитного поля эти нейтронные звезды излучают рентгеновские и гамма-лучи, которые можно наблюдать. Такие нейтронные звезды называют магнетарами, и до сих пор ученым удалось обнаружить только около тридцати магнетаров.

“Магнетары были открыты благодаря счастливому стечению обстоятельств”, – рассказывает Хриса Кувелиоту, профессор астрофизики физического факультета Университета Джорджа Вашингтона в Вашингтоне, округ Колумбия. Ее исследования магнетаров начались еще в 1979 году, хотя тогда она сама, магистрантка из Греции в Институте физики Общества Макса Планка в Мюнхене, об этом и не подозревала. В то время Кувелиоту занимала загадка так называемых гамма-всплесков.