Главная Общество Наука

Астрономы отыскали "недостающее звено" в эволюции миллисекундных пульсаров

Нейтронная звезда с аккреционным диском (слева) питается веществом звезды-компаньона (справа). Рисунок Bill Saxton, NRAO/AUI/NSF с сайта www.nrao.edu

Международной группе астрономов удалось обнаружить уникальный объект - тесную двойную звездную систему, представляющую собой своего рода "недостающее звено" в эволюции миллисекундных пульсаров (millisecond pulsar - MSP) - то есть самых быстровращающихся звезд (точнее, звездных остатков) во Вселенной. Об этом рассказывается в онлайновой публикации журнала Science от 21 мая 2009 года. В число авторов, среди которых ученые из США, Австралии, Канады и Нидерландов, входит и российский астрофизик Владислав Кондратьев, сотрудник Астрокосмического центра ФИАН. Ведущий автор статьи - аспирантка Энн Арчибальд (Anne Archibald) из канадского Университета МакГилл (McGill University, Монреаль).

Как известно, пульсары представляют собой сверхплотные звездные остатки - нейтронные звезды, родившиеся в результате взрывов массивных звезд, вспыхивающих в виде сверхновых. Их мощнейшее магнитное поле порождает "эффект маяка" - когда узкие пучки излучения (например, радиоволны) "сканируют" окружающее пространство, следуя за вращением небесного тела. Большинство таких пульсаров вращается с частотой, исчисляемой десятками оборотов в секунду, и постепенно - в течение тысячелетий - замедляется. Однако некоторые из пульсаров (получивших, соответственно, наименование миллисекундных) умудряются делать сотни оборотов в секунду.

Астрономы давно уже склоняются к простой теории: столь быстрое вращение они объясняют раскруткой, вызванной падением вещества (под некоторым углом) с близкой звезды-компаньона (т.е. должны быть периоды, в которые пульсары не замедляются, а, наоборот, раскручиваются). В тесных двойных системах часть внешней оболочки "нормальной" звезды может попасть в так называемую полость Роша ее компактного спутника (где гравитация "малютки" мощнее), быть перетянутой в его "зону ответственности". При этом устремляющийся к компактному объекту материал образует так называемый аккреционный диск, вращающийся вокруг нейтронной звезды и постепенно выпадающий на ее поверхность. В ходе подобных "приступов обжорства" регистрация радиоимпульсов, служащих основной характеристикой пульсара, прекращается. Соответственно, по мере того, как потоки вещества, выпадающего на нейтронную звезду, иссякают, радиоволны вновь начинают до нас доходить, и объект опять восстанавливает свой статус пульсара.

Именно такая последовательность событий, по-видимому, и наблюдалась в двойной звездной системе J1023, находящейся от нас на расстоянии примерно 4 тысяч световых лет в созвездии Секстанта. Миллисекундный пульсар в этой системе был зарегистрирован в 2007 году с помощью радиотелескопа имени Роберта Бёрда в Грин-Бэнке (Robert C. Byrd Green Bank Telescope - GBT), принадлежащего американскому Национальному научному фонду (National Science Foundation - NSF). Этот телескоп находится в Западной Вирджинии. Задним числом тот же объект астрономы отыскали и в данных другого радиотелескопа - VLA (Very Large Array, Радиотелескоп с очень большой базой, Нью-Мексико, США) - в обзоре за 1998 год - и - уже в оптическом диапазоне - среди фотографий Слоановского цифрового обзора неба (Sloan Digital Sky Survey - SDSS) за 1999 год. Правда, там этот двойной объект выглядел просто как звезда наподобие Солнца (более чем вдвое уступающая ему по своей массе).

В 2000 году облик системы J1023 значительно изменился, при этом появились признаки наличия аккреционного диска (образовавшегося, несомненно, возле нейтронной звезды). К маю 2002 года свидетельства существования аккреционного диска пропали. "Это странное поведение озадачило астрономов, появилось сразу несколько разных теорий, объясняющих эту странность", - говорит Ингрид Стэйрс (Ingrid Stairs) из канадского Университета Британской Колумбии (University of British Columbia - UBC, Ванкувер), работавшая в этом году с Радиотелескопом в Парксе (Parkes) Австралийского национального агентства телескопических наблюдений (Australia Telescope National Facility - ATNF).

Наблюдения с помощью телескопа имени Роберта Бёрда в 2007 году свидетельствуют о том, что объект представлял собой в тот момент миллисекундный пульсар, делавший 592 оборота в секунду. Однако до сих пор ни у одного миллисекундного пульсара аккреционных дисков не обнаруживали. Аккреционные диски присутствуют у другого типа двойных звездных систем, именуемых маломассивными рентгеновскими двойными (low-mass X-ray binary - LMXB), которые также содержат быстро вращающуюся нейтронную звезду с аккреционным диском возле нее (рентгеновское излучение там возникает в результате разогрева быстро движущихся частиц вещества в диске от взаимного трения). Однако такие источники, в отличие от миллисекундных пульсаров, не излучают радиоволн. Довольно естественно предположить, что LMXBs находятся еще в процессе "раскрутки", после которой они утрачивают свой аккреционный диск и начинают излучать радиоволны в качестве (радио)пульсара. Значит, обнаруженный объект находится на той редкой стадии, когда он обладает признаками одновременно и LMXB, и пульсара, т.е. является искомым звеном, соединяющим два типа уже известных систем и - тем самым - ценнейшей "природной лабораторией".

В конце концов из-за слишком быстрого вращения "раскрученной" нейтронной звезды выпадение остатков материи компаньона на нее прекращается, уровень рентгеновского излучения тогда снижается, и нейтронная звезда начинает проявлять себя уже в виде испускающего почти исключительно радиоимпульсы миллисекундного пульсара.

Источники:
"Missing Link" Revealing Fast-Spinning Pulsar Mysteries
The cosmos is green: Researchers catch nature in the act of "recycling" a star
A Radio Pulsar/X-ray Binary Link

Ссылки:
Связь между радиопульсарами и рентгеновскими двойными
Пульсар переродился на глазах
Астрономы увидели, как рождаются звезды-пульсары
Астрономы увидели раскрутку нейтронной звезды

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).

Дословно

Сергей Попов

Ценность этой работы заключается в том, что, действительно, удалось отыскать "недостающее звено". Найдена очень интересная система, изучая которую, можно узнать много нового про миллисекундные пульсары. Конечно, тут нет ничего неожиданного, все в рамках стандартной модели.

Сами миллисекундные пульсары чрезвычайно важны как для теории, так и для практической (т.е. буквально "народохозяйственной") деятельности. Их можно рассматривать в качестве своеобразного эталона времени, который всегда "перед глазами". Это еще один пример того, как открытия в далеком космосе находят применение в технологических новинках. Уже теперь мы успешно ориентируемся по далеким объектам в пространстве (например, по квазарам), ну а в скором времени мы будем ориентироваться так и во времени.

Кроме того, в результате наблюдений за пульсарами в будущем можно будет подтвердить существование гравитационных волн (см. http://xray.sai.msu.ru/~polar/sci_rev/134.html#astro-ph/0604288)

Статья

Раскрыта тайна самых раскрученных звезд

Новые наблюдения позволили получить ответ на вопрос о том, благодаря чему специфические космические объекты, называемые миллисекундными пульсарами, так здорово раскручиваются.

Статья

Самая быстрая жертва взрыва

С помощью космической рентгеновской обсерватории "Чандра" американские астрономы сумели обнаружить одну из самых быстродвижущихся звезд нашей Галактики. "Скороход" бросает вызов современным теориям, призванным объяснить процессы звездного разгона.

Статья

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.

Статья

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.

Статья

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.

Статья

Обнаружен новый класс активных ядер галактик

Группа американских и японских астрономов, использовавшая для своих исследований "охотника за гамма-всплесками" Swift и космическую рентгеновскую обсерваторию Suzaku, сумела обнаружить новый класс активных ядер галактик (active galactic nuclei - AGN).

Статья

Причуда природы в кубе

Используя сразу несколько крупных радиотелескопов, расположенных на разных материках, удалось прояснить некоторые удивительные подробности, связанные с "жизнедеятельностью" уникального объекта, открытого в 2003 году и получившего обозначение XTE J1810-197.

Статья

Наблюдения звездотрясений подтвердили природу магнитаров

Некоторые нейтронные звезды обладают столь мощными магнитными полями, что могут разрывать ими сами себя, обнажая внутренности. Подтверждением этого предположения служит новое исследование турецких и американских астрофизиков.

Статья

Найден пульсар, устроившийся на полставки

Британские астрономы выявили очень странный пульсар, который, вероятно, поможет в будущем разгадать многие загадки этих необычных "космических маяков" и проверить имеющиеся теории пульсаров.

Статья

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.

Статья

Белый карлик уподобился пульсарам

Наблюдения, проводимые рентгеновской космической обсерваторией Suzaku, бросают вызов уже сложившемуся среди ученых представлению о белых карликах как об исключительно пассивных объектах - медленно, но неотвратимо остывающих "звездных трупах".

Статья

GPS заменят рентгеновскими пульсарами

Американские военные для ориентации в пространстве своих будущих спутников планируют использовать рентгеновское излучение от других звезд и таким образом либо продублировать, либо вообще даже заменить более привычные сигналы системы глобального позиционирования GPS, применяемые для этой цели в настоящее время.

Статья

2006 год в астрономии

2006 год для астрономии не обошелся без серьезных потерь. Солнечная система "потеряла" свою девятую планету, а специалисты NASA лишились долгое время служившего им верой и правдой зонда на марсианской орбите. Однако счастливых находок было несравнимо больше.

Статья

Скорости мертвецов ставят астрономов в тупик

Нейтронная звезда, движущаяся со скоростью свыше 1500 километров в секунду, обострила и без того непростую ситуацию с поиском объяснений, как могут такие объекты разгоняться до столь высоких скоростей.

Статья

"Чандра" разрешила парадокс черных дыр

Процессы, благодаря которым черные дыры могут захватывать и поглощать большие количества материи из окружающего пространства, на самом деле базируются не только на гравитационных, но также и на электромагнитных взаимодействиях.

Статья

Живым аулам ученые предпочли трупы звезд

Вместо того, чтобы как следует разобраться с привычными, всем известными землетрясениями, наводящими ужас на жителей многих горных районов, ученые научились с беспрецедентной точностью предсказывать "звездотрясения", время от времени разрывающие кору "звездных трупов" - нейтронных звезд.

Статья

Величайшие взрывы как последствия звездных "измен"

Новое исследование заставляет признать, что полной ясности с гамма-всплесками все еще нет, и механизмы, породившие на свет большую часть исследованных коротких GRBs, могут быть более изощренными - с предварительным обменом звездными компаньонами в пределах шаровых скоплений.

Статья

Обнаружен необычный "гибридный" тип гамма-всплесков

C помощью космической гамма-обсерватории Swift астрономам удалось выявить парочку специфических гамма-всплесков, которые не вписываются в общепринятую классификацию. Возможно, речь идет о принципиально новом явлении.

Статья

Клешня Науки

Комбинированное изображение Крабовидной туманности составлено путем объединения множества снимков с космического телескопа "Хаббл". Туманность имеет волокнистую структуру и по внешнему виду напоминает клешню краба - отсюда и название.

Статья

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.

Статья

Лебедь плюется и пузырится

Группе астрономов из Нидерландов и Великобритании удалось обнаружить гигантский "пузырь с реактивным двигателем", сформированный в газовой оболочке вокруг черной дыры, расположенной в нашей Галактике.

Статья

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.

Статья

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.

Статья

Новый кандидат в ускорители космических лучей

Удалось разглядеть загадочную обширную петлеобразную структуру поперечником 20 световых лет, которая расположена возле самой компактной области звездообразования в нашей Галактике.

Статья

"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").

Статья

"Быстрый" и мертвые

Картина взрыва гиперновых звезд существенно отличается от той, что возникала в воображении исследователей до того, как в космос был запущен уникальный ловец гамма-всплесков - спутник Swift.

Статья

Еще один год жизни Вселенной

Для Вселенной, возраст которой составляет тринадцать с лишним миллиардов лет, год проходит как одно мгновение, а вот для астрофизиков это довольно ощутимый промежуток времени, за который можно многое успеть. Мы попытались составить краткий обзор наиболее интересных, на наш взгляд, исследований, проведенных астрономами в ушедшем году.

Статья

Черный январь

Январь - традиционное время проведения зимних конференций Американского астрономического общества. Сообщения о многих своих открытиях астрономы сознательно придерживают до января, поэтому сейчас новости сыплются как из рога изобилия. В качестве одной из основных тем на 211-й конференции в техасском Остине выступает физика черных дыр.

Статья

Обнаружено новое таинственное космическое явление

Обнаружено новое таинственное космическое явление - мощный одиночный радиовсплеск, докатившийся до Земли с расстояния порядка трех миллиардов световых лет. Масштабы этого открытия уже сравнивают с обнаружением в 1970-х гг. гамма-всплесков.

Статья

Черной дырой стать не так-то просто

Одна из сверхмассивных звезд, превосходящая по массе наше собственное Солнце примерно в 40 раз, вместо черной дыры сформировала "всего лишь" нейтронную звезду. Это открытие показывает, что образование собственно черных дыр связано с процессами более редкими и сложными, чем считалось до сих пор.

Статья

Наука-2004: марсоходы, хоббиты, пульсары, конденсат из фермионов...

Традиционный перечень журнала Science включает десятку наиболее ярких достижений науки уходящего года. Первое место в новом рейтинге заняли итоги исследования марсианской поверхности с помощью бортовой аппаратуры американских марсоходов-роверов Spirit и Opportunity, а также европейской орбитальной станции Mars Express.

Статья

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.

Статья

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.

Статья

Первые звезды не были одиноки: астрономы нашли небывало древнюю планету

Астрономы нашли самую древнюю и самую далекую из всех известных на сегодняшний момент планет. Она движется по орбите вокруг двойной квазизвездной системы в созвездии Скорпиона на расстоянии 5 600 световых лет от Земли. Новое открытие дарит нам надежду, что и в нашей Галактике формирование планет, возможно, началось гораздо раньше, чем о том говорят современные теории, а своими планетными системами при этом обладают едва ли не все звезды.

Статья

Туманность Карандаша: занавес театра смерти

Новое изображение так называемой "Туманности Карандаша" получено с помощью космического телескопа "Хаббл". Самое поразительное в этой картине - цвета и подробная структура туманности. Объект, вошедший в кадр, представляет собой всего лишь малую часть гигантского остатка давно взорвавшейся звезды. Приблизительно 11 тыс лет назад звезда, расположенная в те времена на месте этой туманности в южном созвездии Парус, внезапно вспыхнула, и в земных небесах какое-то время она сияла в 250 раз ярче Венеры.

Статья

Найден древнейший квазар во Вселенной

Самый древний квазар, получивший обозначение CFHQS J2329-0301, был найден вместе с тремя другими чрезвычайно отдаленными квазарами. Масса черной дыры в его сердцевине оценивается приблизительно в полмиллиарда солнц, свет от новонайденного квазара шел до нас почти 13 миллиардов лет.

Статья

Новый класс черных дыр найден в шаровом скоплении

Астрономы нашли крупную черную дыру там, где искать подобные объекты мало кто решался - в шаровом скоплении одной из ближайших к нам эллиптических галактик - NGC 4472 из скопления Девы (примерно в 50 миллионах световых лет от Земли).

Статья

Черная дыра расстреливает соседнюю галактику

Печалиться по поводу редкости подобных явлений могут лишь удаленные наблюдатели, поскольку для самих возможных обитателей этих галактик близость катаклизма грозит страшной бедой. Непоправимый ущерб может быть нанесен атмосферам любых планет, лежащих на пути струи-джета.

Статья

"Интеграл" сумел заинтриговать астрофизиков

Рекордная нейтронная звезда может состоять не из нуклонов, а из кварков (то есть частиц, образующих нейтроны и протоны). В обычных условиях (и в обычном веществе) кварки никогда не встречаются в свободном состоянии, однако чудовищная гравитация мертвого коллапсара в принципе может "раздавить" даже нуклоны, переведя материю в "странное" состояние).