Раскрыта загадка уникальной нейтронной звезды-«паука»

Нейтронная звезда PSR J1023+0038 оказалась миллисекундным пульсаром-«красноспинником».

Международная группа астрономов изучила свойства уникального миллисекундного пульсара PSR J1023+0038, находящегося на расстоянии 4468 световых лет от Земли. Ученые предложили вероятное объяснение загадочного механизма оптических и рентгеновских пульсаций, которые возникают из-за мини-пульсарной туманности. Результаты исследования опубликованы в препринте на сайте arXiv.

Миллисекундные пульсары с периодом вращения менее 30 миллисекунд являются наиболее быстро вращающейся разновидностью пульсаров — сильно намагниченных нейтронных звезд, испускающих пучки электромагнитного излучения. Предполагается, что быстрое вращение возникает за счет аккреции вещества звезды-компаньона, поэтому такие пульсары называют «пауками». Если пульсар поглотил значительную массу звезды, то его относят к «черным вдовам», если же масса компаньона больше 0,1 массы Солнца — к «красноспинникам».

PSR J1023+0038 является «красноспинником», который переключается между двумя режимами — рентгеновской двойной и радиомиллисекундным пульсаром, — что позволяет отнести его к переходным миллисекундным пульсарам (tMSP). Наблюдения показывают, что tMSP, как правило, представляют собой быстро вращающиеся слабо намагниченные нейтронные звезды, которые переходят из одно состояние в другое в течение всего нескольких дней. PSR J1023+0038 является единственным известным переходным пульсаром, чье излучение обнаруживается также в оптическом диапазоне электромагнитного спектра.

Чтобы понять механизм оптических и рентгеновских пульсаций, астрономы изучили отставание по фазе между импульсами в оптических и рентгеновских диапазонах с помощью аппаратов XMM-Newton и NICER, а также наземных инструментов. Оказалось, что оптические импульсы отстают от импульсов рентгеновского излучения в среднем на 150 микросекунд, при этом разность между фазами лежит в ограниченном диапазоне значений на временных шкалах около пяти лет. Это указывает на то, что обе пульсации исходят из одной и той же области, и в их основе лежит один и тот же механизм.

Наиболее правдоподобной гипотезой, объясняющей происхождение пульсаций, является сценарий мини-пульсарной туманности, вызванной ударной волной. Этот сценарий предполагает, что оптические и рентгеновские импульсы генерируются синхротронным излучением из-за ударной волны, которая образовалась на расстоянии около ста километров от пульсара, где его ветер сталкивается с веществом аккреционного диска.