Міжнародна команда астрономів виявила нові дані, які пояснюють, як пульсуючі залишки вибухнуло зірки взаємодіють із навколишньою речовиною в глибинах космосу, використовуючи спостереження з NASA IXPE (Іміджуючий рентгенівський поляриметричний експлорер) та інших телескопів.
Вчені з США, Італії та Іспанії зосередили свою увагу на загадковій космічній парі, відомій як PSR J1023+0038, або просто J1023. Система J1023 складається з нейтронної зірки, що швидко обертається, яка отримує матерію від своєї супутньої зірки невеликої маси, створюючи акреційну диску навколо нейтронної зірки. Ця нейтронна зірка також є пульсаром, випромінюючи потужні пари світла з протилежних магнітних полюсів під час обертання, нагадуючи маяк.
Систему J1023 цікаво досліджувати, оскільки пульсар яскраво змінює свою активність між активним станом, коли отримує матерію з супутньої зірки, та більш пасивним станом, коли випромінює детектовані пульсації у вигляді радіохвиль. Цей пульсар називають «перехідним мілісекундним пульсаром».
«Перехідні мілісекундні пульсари є космічними лабораторіями, які допомагають нам зрозуміти, як нейтронні зірки еволюціонують у бінарних системах», — зазначила дослідниця Марія Крістіна Багліо з Італійського національного інституту астрофізики (INAF) в Мерате, Італія, та провідний автор статті у Листах астрономічного журналу, яка ілюструє нові результати.
Головне питання, яке цікавило вчених про цю систему пульсарів, полягало у наступному: звідки походять рентгенівські промені? Відповідь загорала б широкі теорії про прискорення частинок, фізику акреції та середовища, що оточують нейтронні зірки в усьому Всесвіті.
Джерело виявилося несподіваним: рентгенівські промені походили з пульсарової вітру, хаотичної суміші газів, ударних хвиль, магнітних полів і частинок, прискорених до швидкості світла, яка потрапляє на акреційну диску.
Щоб це з’ясувати, астрономам потрібно було виміряти кут поляризації як у рентгенівських, так і в оптичних променях. Поляризація вимірює, наскільки організовані світлові хвилі. Вони вивчали поляризацію рентгенівських променів за допомогою IXPE, єдиного телескопа, здатного виконати це вимірювання в космосі, і порівнювали її з оптичною поляризацією з Великого телескопа Європейської південної обсерваторії в Чилі. IXPE, який був запущений у грудні 2021 року, провів багато спостережень пульсарів, але J1023 став першим подібним системою, яку він дослідив.
Спостереження NASA NICER (Експлорер внутрішньої структури нейтронних зірок) та обсерваторії Ніла Герхелса Свіфт надали цінні дані про цю систему у високоенергетичному світлі. Інші телескопи, що внесли дані, включали Великий масив Карла Джанскі в Нью-Мексико.
В результаті вчені виявили однаковий кут поляризації в різних спектрах.
«Це відкриття є вагомим доказом того, що однин, узгоджений фізичний механізм лежить в основі світла, яке ми спостерігаємо», — зазначив Франческо Коті Зелаті з Інституту космічних наук у Барселоні, Іспанія, співавтор цього дослідження.
Ця інтерпретація ставить під сумнів традиційні уявлення про випромінювання нейтронних зірок у бінарних системах, підкреслили дослідники. Попередні моделі вказували на те, що рентгенівські промені походять з акреційної диски, але це нове дослідження показує, що вони походять з пульсарової вітру.
«IXPE спостерігав багато ізольованих пульсарів і виявив, що пульсаровий вітер є джерелом рентгенівських променів», — зазначив астрофізик NASA Філіп Каарет, провідний дослідник проєкту IXPE в центрі космічних польотів NASA в Хантсвіллі, Алабама. «Ці нові спостереження показують, що пульсаровий вітер виробляє більшість енергії системи.»
Астрономи продовжують досліджувати перехідні мілісекундні пульсари, оцінюючи, як спостережувані фізичні механізми соотносятся з тими, що мають інші пульсари та пульсарові туманності. Висновки з цих спостережень можуть допомогти уточнити теоретичні моделі, що описують, як пульсарові вітри генерують випромінювання, — і наблизити дослідників до повного розуміння фізичних механізмів, що діють у цих надзвичайних космічних системах.
Додаткова інформація про IXPE
IXPE, який продовжує надавати безпрецедентні дані, що дозволяють робити революційні відкриття про небесні об’єкти в космосі, є спільним проєктом NASA та Італійського космічного агентства за участю партнерів і наукових співробітників з 12 країн. IXPE очолюється Центром космічних польотів NASA в Хантсвіллі, Алабама. Управління операціями космічного апарату здійснює компанія BAE Systems, Inc., розташована у Фоллс-Черч, Вірджинія, разом з Лабораторією атмосферної та космічної фізики Університету Колорадо в Болдері. Докладніше про актуальну місію IXPE можна дізнатися тут:
https://www.nasa.gov/ixpe
