Раскрыта тайна самых раскрученных звезд
Новые наблюдения, проведенные с помощью космической рентгеновской обсерватории "Чандра" (Chandra), позволили получить ответ на вопрос о том, благодаря чему специфические космические объекты, называемые миллисекундными пульсарами (т.е. очень быстро вращающиеся намагниченные нейтронные звезды), так здорово раскручиваются.
Оказалось, что все дело в изначальном месторасположении бывшей звезды. В данном случае "Чандра" имела дело с густонаселенным шаровым скоплением 47 Tucanae (оно расположено примерно в 16 тысячах световых лет от нас в южном созвездии Тукана), где звезды "упакованы" столь плотно, что расстояние между соседями не превышает одной десятой светового года (напомним, что до ближайшей к Солнцу звезды Проксимы Центавра свет должен лететь примерно четыре года). И вот в этом "звездном котле" обнаружены почти две дюжины миллисекундных пульсаров. Столь обширная выборка представляет собой настоящее золотое дно для астрономов, пытающихся теперь проверить некоторые теории, описывающие происхождение миллисекундных пульсаров. В частности, необходимо было отыскать некий "промежуточный" тип раскручивающегося пульсара, и вот он-то и был найден в лице объекта 47 Tuc W (PSR J0024-7204W).
Согласно теории, первым этапом создания миллисекундного пульсара считается формирование нейтронной звезды в результате взрыва какого-нибудь звездного гиганта в виде сверхновой. Если свежеиспеченная нейтронная звезда находится при этом в шаровом скоплении, то после вспышки за счет отдачи (вероятность того, что взрыв будет абсолютно сферически симметричным, невелика) она исполнит своеобразный беспорядочный "танец" вокруг центра кластера, выбрав при этом себе звезду-компаньона, которую позже может поменять и на другую. Точно так же, как в переполненном танцклассе, в перегруженном звездами шаровом скоплении теснота может заставить нейтронную звезду "притиснуться" поближе к своему компаньону или же часто менять партнеров, формируя все более тесные пары. Когда связь становится достаточно тесной, компактная гравитирующая нейтронная звезда "теряет голову" и начинает срывать материю-одежду со своего визави. Часть этого сворованного вещества выпадает на нейтронную звезду, при этом от взаимного трения быстро движущихся к своему новому дому частиц материя очень сильно разогревается и испускает рентгеновское излучение, в результате чего на свет появляется новая рентгеновская бинарная система, а нейтронная звезда делает критически важный второй шаг к превращению в миллисекундный пульсар. Далее материя, падающая на нейтронную звезду, постепенно ее раскручивает. После 10-100 миллионов лет такого "подталкивания карусели", нейтронная звезда вращается уже со скоростью одного оборота за несколько миллисекунд. Ну а в конце концов из-за быстрого вращения нейтронной звезды или дальнейшей эволюции ее компаньона выпадение остатков чужой материи прекращается, уровень рентгеновского излучения снижается, и нейтронная звезда начинает проявлять себя уже в виде испускающего почти исключительно радиоимпульсы миллисекундного пульсара.
Большинство астрономов уже давно поверило в этот сценарий "бинарной раскрутки", то есть в то, что миллисекундные пульсары создаются в условиях тесных звездных пар, ведь это подтверждается многочисленными наблюдениями пульсаров, постепенно увеличивающих скорость своего вращения в рентгеновских бинарных системах, да и почти все миллисекундные радиопульсары открыты именно в бинарных системах. Однако решающего доказательства до сих пор недоставало, поскольку не было известно о транзиентных (переходных) объектах между вторым и финальным этапами. Теперь подобный тип систем наконец найден.
47 Tuc W - это бинарная звездная система, состоящая из одной "нормальной" и одной нейтронной звезды. При этом нейтронная звезда - пульсар - делает полный оборот каждые 2,35 миллисекунды. Мигните глазом - и сверхплотный объект звездной массы, диаметр которого не превышает размеров острова Манхэттен, обернется 25 или даже большее число раз. От себе подобных 47 Tuc W отличается тем, что излучает заметно большее количество высокоэнергетичных фотонов рентгеновского диапазона. Эта аномалия должна указывать на какое-то различие в механизмах, порождающих рентгеновские лучи. Считается, что за это излучение ответственна ударная волна, возникающая в ходе столкновения между материей, истекающей из звезды-компаньона, и частицами "звездного ветра", разогнанными пульсаром до релятивистских (околосветовых) скоростей. Регулярные вариации в оптическом и рентгеновском диапазонах, соответствующие 3,2-часовому орбитальному периоду этой пары звезд, как раз и служат подтверждением подобной интерпретации.
Группа астрономов из американского Гарвард-Смитсонианского астрофизического центра (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics - CfA, Кембридж, штат Массачусетс) показала, что характеристики рентгеновского излучения и световые вариации от 47 Tuc W почти идентичны тем, что наблюдались у маломассивного рентгеновского бинарного источника J1808 (SAX J1808.4-3658). Следовательно, сходство между известным миллисекундным пульсаром и известной рентгеновской двойной звездой позволяет установить искомую связь между данными типами объектов.
По всей видимости, "нормальная" звезда-компаньон в 47 Tuc W имеет массу немногим более одной восьмой массы Солнца и представляет собой относительно нового партнера нейтронной звезды, а не того компаньона, что в свое время раскрутил миллисекундный пульсар, пожертвовав на это львиную долю своей материи. Новый спутник, приобретенный за счет лихого обмена партнерами в "танце", изгнал предыдущего жертвенного компаньона и теперь пробует повторить его "подвиг" по раскрутке уже раскрученного пульсара, создавая таким образом наблюдаемую ударную волну. Напротив, двойная рентгеновская звезда J1808 расположена отнюдь не в шаровом скоплении, а оттого с большой вероятностью пульсар там "коротает век" со своим первоначальным стареньким "усохшим" компаньоном, который в свое время был "вычерпан" до того, что превратился в жалкий коричневый карлик с массой ниже 5% солнечной массы.
Источники:
47 Tuc W: What's Hot? Chandra Finds Long-Sought Link to Origin of Millisecond Pulsars - Chandra Photo Album
Chandra Finds Long-Sought Link to Origin of Millisecond Pulsars - SpaceRef - Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics
An X-ray Variable Millisecond Pulsar in the Globular Cluster 47 Tucanae: Closing the Link to Low Mass X-ray Binaries - arXiv
Обсудить
Справка
Нейтронные звезды
- очень компактные и плотные объекты с массами около полутора солнечных и радиусом порядка 10 километров. Плотность в центре такой "звезды" в несколько раз превышает ядерную. В основном нейтронные звезды состоят из вырожденных нейтронов с малой примесью вырожденных протонов и электронов и только самые внешние слои - твердая кора - содержат железо с примесью Cr, Ni, Co. Гидростатическое равновесие в них поддерживается давлением вырожденного нейтронного газа. Образование нейтронных звезд происходит в процессе гравитационного коллапса на конечных стадиях эволюции достаточно массивных звезд (в несколько раз превышающих массу Солнца). Большинство известных на сегодня нейтронных звезд являются пульсарами (обнаружены в 1967 году).
Статьи по теме
Суперускорительный южный танец
Астрономы обнаружили двойную звездную систему, состоящую из голубого гиганта и пульсара, которые в паре работают как мощнейший естественный ускоритель частиц, превращая обычные фотоны в фотоны сверхвысоких энергий.
Найден мощнейший источник гравитационных волн
Удалось найти свидетельство того, что два белых карлика облетают друг друга по столь тесной орбите, что вот-вот сольются, устроив космический катаклизм. О J0806 говорят как о главном кандидате для экспериментов, целью которых будет непосредственное обнаружение еле уловимой "ряби", что сотрясает пространство-время.
Самые выдающиеся открытия 2003 года: темная энергия, пентакварки, бозе-конденсаты, квантовые компьютеры и др.
Многие западные издания выстраивают своеобразные хит-парады научных достижений уходящего 2003 года. Мы публикуем один из таких списков, составленный редакцией издания PhysicsWeb.
Прорыв в компьютерном моделировании двойной системы черных дыр
Американским физикам удалось получить важный промежуточный результат в решении одной из фундаментальных и до сих пор нерешенных проблем Общей теории относительности - речь о моделировании поведения двух черных дыр, движущихся по спиралевидным орбитам вокруг общего центра масс. Ожидается, что такая двойная система представляет собой мощный источник гравитационных волн.
Черные дыры играют сами c собой в смертельный футбол
Когда сталкиваются сверхмассивные черные дыры, представляющие собой ядра соседних галактик, пространство вокруг них буквально трещит по швам, только держись! Мощнейший всплеск гравитационного излучения сообщает всему миру о том, что эти монстры яростно сливаются в одну еще более массивную черную дыру. "Пинок", который эта система получает в момент столкновения, может даже выбить получившуюся в результате черную дыру вон из родной галактики. Новое исследование описывает последствия такого межгалактического столкновения с точки зрения современной теоретической физики.
Впервые удалось отыскать место рождения бродячего микроквазара
Впервые удалось проследить путь по Галактике и найти место рождения так называемого микроквазара - пары объектов, обращающихся вокруг общего центра масс, один из которых является компактным остатком взрыва сверхновой - нейтронной звездой или черной дырой. Ученые пришли к выводу, что бинарная система LSI +61 303 сформировалась когда-то в звездном скоплении IC 1805 и была вышвырнута из него примерно 1,7 миллиона лет назад.
Датчик гравитационных волн уходит под землю
Гравитационные волны - это своего рода "рябь" в пространственно- временном континууме, которая возникает тогда, когда массивные космические тела испытывают ускорение (точнее говоря, гравитационные волны излучаются массами, движущимися с переменным ускорением). Альберт Эйнштейн предположил их существование в рамках своей Общей теории относительности еще в 1915 году. Двигаться гравитационные волны должны были со скоростью света. Однако эти волны очень слабы и их регистрация до сих пор находится на грани технических возможностей.
Найдена пара гигантских черных дыр, обреченных слиться в межгалактическом катаклизме
Ядро галактики NGC 6240 представляет собой систему из двух супермассивных коллапсаров, и в будущем ей грозят серьезные потрясения. Это доказали немецкие астрономы из Института внеземной физики имени Макса Планка с помощью орбитальной рентгеновской обсерватории "Чандра". Открытие подтверждает теории формирования супермассивных черных дыр.
Удалось увидеть мост между звездами
Впервые удалось получить изображение в рентгеновских лучах пары взаимодействующих звезд - красного гиганта и белого карлика - и найти свидетельства того, что между этими звездами действительно выстраивается своеобразный струящийся "мост" из раскаленной материи.
Найдена самая массивная двойная звездная система
Приблизительно в 20 тысячах световых лет от Земли найдены две сверхмассивные звезды, которые схватились друг с другом в длительном спарринге, подобно двум тяжеловесным борцам сумо. Они обращаются вокруг общего центра масс с периодом в 3,7 дня, почти касаясь друг друга, поэтому ни о каком спокойствии в этом районе Вселенной и речи быть не может - постоянно высвобождаемая при их взаимодействии энергия дает начало горячим и мощным звездным ветрам.
Суперзвезде из безумного кластера закон не писан
Астрономы из Университета Флориды, вероятно, обнаружили самую яркую из всех известных на сегодняшний момент звезд, которая горит в семь раз ярче, чем предыдущий "рекордсмен" такого рода. Однако этот "плазменный бегемот" славен не столько своим рекордом, сколько тем, что попросту нарушает современные физические законы.
Невидимые гиганты вдребезги разносят свою колыбель
Позади темной завесы из газа и пыли скрывается одно из самых активных мест звездообразования в нашей Галактике. Эти "звездные ясли" носят обозначение DR21, расположены приблизительно в 10 тысячах световых лет от нас в созвездии Лебедя и невидимы человеческому глазу.
Радиоастрономы нашли самый молодой звездный труп
Канадские исследователи считают, что им удалось идентифицировать недавно сформировавшуюся черную дыру или нейтронную звезду. По всей видимости, это открытие служит подтверждением теории, согласно которой подобные экзотические квазизвездные объекты рождаются в результате взрывов гигантских звезд.
Смертельный супергорячий мотылек-однодневка
Космический телескоп "Хаббл" сделал фотографию останков звезды солнечного типа, которая сбросила свою внешнюю оболочку, точно какая-то чудовищная "куколка", и теперь во всю ширь развернула свои переливчатые "крылья" гигантской космической "бабочки".
Пульсар 3C58 прохлаждается и расставляет сети
Изучение молодого пульсара 3C58 с помощью космической рентгеновской обсерватории NASA "Чандра" позволило зафиксировать аномально быстрое охлаждение этого объекта. Полученные данные позволяют предположить, что плотность вещества пульсара на самом деле гораздо выше той, что следует из общепринятых теорий.
Обнаружен первый двойной пульсар
Самый первый двойной пульсар был обнаружен международной командой астрономов из Великобритании, Австралии, Италии и США. Открытие позволит провести более точную проверку истинности Общей теории относительности, а также впервые изучить магнитосферу пульсара.
Найден новый суперисточник гамма-лучей неизвестной природы в нашей Галактике
Группе европейских астрономов удалось найти новый неидентифицированный очень высокоэнергетичный источник гамма-излучения в нашей Галактике. Источник, обозначенный как TeV J2032+4130, обнаружен с помощью системы телескопов наземного базирования, отображающей черенковское излучение. Возможно, речь идет о целом новом классе высокоэнергетических источников гамма-излучения пока еще неизвестной природы.
Найдено направление "космического ливня", устроившего потоп в Солнечной системе
Едва ли не самая интригующая проблема, с которой в свое время столкнулись исследователи космических лучей, - это необходимость объяснения так называемого "колена" в спектре первичного космического излучения - избытка высокоэнергичных частиц. До сих пор однозначного объяснения этот феномен не получил, но последние исследования все увереннее связывают эту аномалию не с особенностью "работы" галактических магнитных полей или физикой межзвездного пространства, а с тем, что нас, землян, просто угораздило родиться в относительной близости от мощного "ускорителя" частиц определенной энергии, изрядно "попортившего" астрофизикам картину мира.
Разрешена одна из загадок космических лучей
Казалось бы, в одной-единственной цифре не может быть ничего выдающегося, однако это позволило не только разрешить споры о месте рождения пульсара и определить размер его нейтронной звезды (а стало быть, уточнить физическую модель этого объекта), но и, возможно, открыть одну из важнейших тайн космических лучей.
Японцы обнаружили цунами среди звезд
С помощью эффектов межзвездной турбулентности можно объяснить недавние наблюдения таинственного разогрева ядер галактических кластеров. Согласно новым исследованиям, сложные турбулентные движения газа, в чем-то подобные цунами, постоянно взбалтывают и нагревают скопления галактик.
Гигантский глаз - это ствол, направленный прямо на Землю
На одном из крупнейших и самых детальных изображений из когда-либо полученных астрономами запечатлена имеющая форму катушки Спиральная Туманность (иначе говоря, Туманность Улитки, NGG 7293). История появления этой фотографии необычна.
Тайна ближайшего взрыва сверхновой
Прародитель сверхновой звезды SN 1987A весил в 20 раз больше нашего Солнца, таким образом он оказывался прямо на "разделительной линии", оставляя астрономов в неведении относительно того, какого именно типа компактный объект должен появиться в результате этого катаклизма.
Призрачный остаток сверхновой
Хотя многие взрывающиеся сверхновые оставляют после себя яркие красивые светящиеся туманности, другие этого почему-то не делают. До исследований "Чандры" считалось, что остаток звезды G21.5-0.9 не обладал такими оболочками.
Найдена самая древняя звезда
Международной группе исследователей удалось обнаружить старейшую из всех известных нам звезд, одну из тех самых "ранних пташек", что появились в юной Вселенной, когда ей еще не исполнилось одного миллиарда лет.
В Антеннах нашли спусковой крючок
Инфракрасный космический телескоп ISO заснял раннюю стадию столкновения между двумя галактиками, носящими название "Антенны". Получено первое прямое свидетельство того, что ударные волны, произведенные столкновениями галактик, способны приводить к формированию новых звезд.
Рекордная сдача звездного "металлолома"
Европейским астрономам удалось выявить самую богатую гелием группу звезд из всех, что до сих пор были исследованы. Эти звезды входят в состав шарового скопления Омега Центавра.
Жизнь в Галактике сберегли звездные мятежники
Группа европейских астрономов выяснила, что многие звездные соседи нашего Солнца движутся по очень необычным маршрутам между спиральными рукавами Млечного пути. Согласно новому исследованию, наши звездные окрестности - это перекресток звездных дорог, где сливаются различные потоки звезд, прибывающих с разных направлений. Некоторые из этих звезд, содержащих свои планетные системы, могут на самом деле оказаться иммигрантами из бурного центрального региона нашей Галактики.
Обнаружен пепел первых звезд
Недавние наблюдения с использованием космического телескопа "Хаббл" доказывают, что первые звезды сформировались спустя всего лишь 200 млн лет после Большого взрыва. Таким образом, промежуток времени от начала Вселенной до первых звезд оказался гораздо короче, чем давали прежние теории, но находится в полном согласии с данными, полученными от зонда WMAP. Наличие железа и, косвенно, всех других более легких элементов, показывает, что основные компоненты для планет и возможной жизни на них присутствовали очень рано в истории Вселенной. Это намного раньше, чем возникла Земля.
Основу для земной жизни дал редкий тип звезд
Группа астрономов из Университета Толедо обнаружила спектральные подписи самых сложных молекул из всех, найденных к настоящему времени в космическом пространстве. Это открытие дало ученым указание, где нужно искать возможную "фабрику" органического вещества. Происхождение стандартных блоков жизни связывают теперь с редким типом углеродных звезд.
Смерть запрещенного барабанщика: впервые следы гамма-всплеска найдены в нашей Галактике
Комбинация данных, полученных от "Чандры", с наблюдениями в инфракрасном диапазоне, проведенными в обсерватории Паломар, позволила обнаружить остатки одного из самых катастрофических взрывов, случившихся в пределах нашего Млечного пути. Следы подобного явления в нашей Галактике удалось идентифицировать впервые, а сама вспышка произошла несколько тысяч лет назад.
Вселенная взрывается чаще, чем ожидалось
Космический телескоп Swift, запущенный NASA в ноябре 2004 года, "открыл" свои глаза и теперь успешно проводит наблюдения за самыми мощными взрывами во Вселенной. Менее чем за месяц ему уже удалось определить точные параметры 9 гамма-всплесков - это даже больше, чем ожидали сами астрономы.
Взрывающаяся галактика загрязняет Вселенную
Галактика, обозначаемая как M82, когда-то опасно сблизилась со своим соседом, и их "страстные объятия" вылились в серию взрывов и активизацию процессов формирования новых звезд, при этом факелы из раскаленного газа были выброшены на десятки тысяч световых лет в окружающее межгалактическое пространство. Теперь группа британских и американских астрономов сумела рассмотреть эти газовые облака - они выглядят как мощный поток пены, исторгнутый из какого-нибудь пожарного брандспойта.
Жертва 1572 года выжила и дает показания
Международная группа астрономов идентифицировала выжившего компаньона звезды, которая в 1572 году наблюдалась землянами как сверхновая. Эта сверхновая связана с именем великого датского астронома Тихо Браге, проведшего тогда важнейшие наблюдения. Новое научное достижение рассматривается в качестве первого шага, позволяющего получить прямое экспериментальное доказательство в поддержку давней теории, описывающей заключительные этапы жизни этого специфического типа звезд.
Десятисекундный армагеддон
Американские исследователи считают, что случаи массовой гибели живых существ на Земле можно объяснить, если использовать информацию о мощнейших звездных взрывах, получивших наименование гамма-всплесков. Удалось составить возможный сценарий подобного армагеддона.
Сверхновые - это взрывающиеся яйца
Взрывные волны от сверхновых имеют форму яйца, они вовсе не строго сферичны, как считалось ранее. Этот факт - то есть обнаружение такой небольшой асимметрии в процессах звездных взрывов - может сделать сверхновые еще более точным инструментом для измерений расстояний в космосе и для уточнения параметров таинственной антигравитации - темной энергии, заполняющей Вселенную.
Обнаружен новый тип космических взрывов
Российские и американские астрономы идентифицировали новый класс космических взрывов. Эти взрывы обладают большей мощью, чем взрывы сверхновых звезд, однако значительно уступают большинству "обычных" гамма-всплесков, являясь таким образом промежуточным звеном в иерархии звездных катаклизмов. Возможно, существует самая тесная связь между такими экстремальными событиями и более "привычными" вспышками сверхновых.
"Интеграл" нашел новый класс астрономических объектов
Речь идет о бинарных звездных системах, составной частью которых является черная дыра или нейтронная звезда, заключенных в плотный кокон из холодного газа. Из-за подобного кокона эти объекты остаются невидимыми для традиционных телескопов, однако "Интеграл" как раз и был задуман так, чтобы изучать подобные скрытые высокоэнергетичные явления во Вселенной, выдающие себя только посредством потоков гамма-излучения (недаром его окрестили "охотником за черными дырами").
Кокон вокруг миллисекундного пульсара Черная Вдова
Изображение таинственного пульсара Черная Вдова, полученное "Чандрой", позволило разглядеть удлиненный "кокон" из высокоэнергетических частиц вокруг этого объекта. Таким образом, подтверждается теория, согласно которой даже относительно слабо намагниченные старые нейтронные звезды могут производить мощные электромагнитные поля и ускорять частицы до высоких энергий, если они вращаются достаточно быстро.
Выяснилось, что мы живем в гигантском межзвездном дымоходе
Первая детальная 3D-карта области космического пространства, окружающего нашу Солнечную систему (размером примерно в 1 тыс световых лет), показывает, что мы находимся посреди большой "норы" или полости, вырезанной в диске Галактики. Скорее всего, эта полость была "пробита" некой взорвавшейся 1-2 млн лет назад звездой.
Черные дыры - источник жизни
Всем известно, что черные дыры несут с собой смерть, однако американские астрономы обнаружили, что эти зловещие монстры способны также давать и начало новой жизни, способствуя образованию новых звезд. Более того, индуцированное релятивистскими "джетами" (струями) формирование звезд, возможно, играло важнейшую роль при появлении первых галактик в ранней Вселенной.
Микроквазар ворвался в нашу Галактику из соседнего шарового скопления
Астрономы проследили путь нейтронной звезды и ее спутника, звезды-компаньона, вещество которой нейтронная звезда активно поглощает (Скорпион X-1). В настоящее время эта парочка мчится через нашу Галактику, но ученые считают, что она присоединилась к Млечному пути около 30 миллионов лет назад, а до этого была выброшена из удаленного звездного кластера.
Первые экзопланеты земного типа найдены около пульсара
До настоящего времени поиск планет вне Солнечной системы приводил, к немалому разочарованию ученых, к обнаружению лишь огромных газовых гигантов, близких по размеру к Юпитеру и Сатурну, а внутренние планеты, подобные Земле и Марсу, были недоступны современной технике. Но вот теперь астрономы впервые однозначно идентифицировали планеты, масса которых только в 4,3 и 3,0 превышает массу Земли. Еще идет речь о третьей планете, масса которой составляет две лунные массы.
Новости по теме
