Международная группа учёных определила геометрические параметры вращения нейтронной звезды в двойной системе
Международная группа учёных определила геометрические параметры вращения нейтронной звезды в двойной системе Геркулес X-1. Результаты этого исследования подтверждают мысль о том, что эта звезда прецессирует как волчок. Исследования были опубликованы в журнале Nature Astronomy.
Рентгеновские пульсары представляют собой нейтронные звёзды с сильным магнитным полем. Излучение этих звёзд в рентгеновском диапазоне обусловлено падением газа с поверхности звезды-компаньона (аккреция). Совместно нейтронная звезда и, так называемая, «обычная» звезда, создают двойную систему, называемую рентгеновской двойной (X-ray binary). Эти двойные системы считаются одними из самых ярких и заметных объектов на рентгеновском небе.
Благодаря новой космической обсерватории IXPE появилась возможность изучать такие системы по-новому, а именно исследовать поляризацию их рентгеновского излучения. Поляризация содержит важную информацию об ориентации космических источников. Поляризационный угол связан с преобладающим направлением колебаний электрического поля, это направление определяется осью симметрии системы. С помощью этого можно понять, как два объекта вращаются друг вокруг друга и вокруг своих осей и позволяют косвенным образом создать представление о двойной системы. Причём приближенное к реальному расположению объектов.
Рентгеновский пульсар Геркулес X-1 был первым пульсаром, где IXPE обнаружил поляризацию. Сам пульсар находится в нашей галактике Млечный Путь на расстоянии 21 тысяч световых лет от Земли. Его двойная система состоит из самого пульсара или сильно замагниченной нейтронной звезды с периодом вращения около 1,24 секунды и «обыкновенной» звезды массой примерно 2,2 солнечной массы с периодом обращения 1,7 земных суток вокруг друг друга. При обращении вокруг друг друга «обычная» звезда затмевает нейтронную примерно на 5 земных часов на каждом орбитальном цикле. Также кроме вариаций с этими затмениями, в рентгеновском излучении пульсара существуют вариации с периодом около 35 земных дней. Есть предположение, что вещество в аккреционном диске вокруг нейтронной звезды не просто вращается, а качается (прецессирует), и это связано с прецессией нейтронной звезды.
Виктор ДорошенкоСотрудник университета Тюбингена (Германия), автор опубликованной статьи
«Неожиданным оказалось то, что обсерватория увидела довольно низкую степень поляризации его излучения, всего лишь около 9%, хотя теоретические модели предсказывали около 80%».
Измерения изменение угла поляризации с фазой вращения пульсара дали исследователям определить угол между осью вращения нейтронной звезды и осью её магнитного диполя. Используя полученные и более старые данные об измерении поляризации в оптическом диапазоне (полученные Северным оптическим телескопом) было установлено, что ось вращения нейтронной звезды не совпадает с осью орбиты двойной системы. Полученные данные указывают, что нейтронная звезда может прецессировать, то есть ось её вращения как бы «качается» и это можно наблюдать на не очень ровно раскрученном или уже останавливающемся волчке.
Юри ПоутаненРуководитель лаборатории фундаментальной и прикладной рентгеновской астрофизики ИКИ РАН и профессор университета Турку (Финляндия), соавтор статьи
«Такое большое разногласие означает, что существующие модели переноса излучения в сильно замагниченной плазме, которая заключена в областях у полюсов нейтронной звезды, нужно пересмотреть, равно как и наше представление о геометрии и структуре области излучения этого объекта, а возможно, и других пульсаров. И данные IXPE нам в этом существенно помогут».
Мысль о прецессировании оси нейтронной звезды известна довольно давно. Было предположение, что этим можно объяснить квазирегулярные (примерно 35 дней) вариации потока излучения и формы импульсов от пульсара Геркулес X-1. Прецессия оси даёт понимание внутреннего «устройства» двойной системы. Однако до настоящего времени подобная гипотеза подтверждалась только косвенно. Окончательно понять, есть ли прецессия в Геркулесе X-1, можно будет позже, продолжая наблюдать за системой на другой фазе цикла прецессии.
Часть результаты исследований IXPE должны представить на Всероссийской конференции «Астрофизика высоких энергий сегодня и завтра — 2022», которая состоится в ИКИ РАН в конце декабря.
