• Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
05.11.2019
ФизТех
18 982

Российские астрофизики обнаружили нейтронную звезду с необычной структурой магнитного поля

Ученые из МФТИ совместно с коллегами обнаружили систему с необычной нейтронной звездой, чье магнитное поле регистрируется только в тот момент, когда звезда поворачивается к наблюдателю определенным образом.

Пульсар
Пульсар / ©@tsarcyanide / Пресс-служба МФТИ / Автор: Екатерина Лебедева

Астрофизики из Института космических исследований РАН, МФТИ и Пулковской обсерватории РАН обнаружили систему с необычной нейтронной звездой, чье магнитное поле регистрируется только в тот момент, когда звезда поворачивается к наблюдателю определенным образом. 

До этого открытия были известны два типа систем: в одних магнитное поле регистрируется в излучении от звезды постоянно, а в других — не регистрируется вовсе. Объект, исследованный учеными, приоткрывает «окно» к внутреннему строению магнитного поля нейтронной звезды только на определенной фазе вращения. Результаты работы опубликованы в журнале The Astrophysical Journal Letters.

Нейтронная звезда в системе GRO J2058+42 была открыта почти четверть века назад американской обсерваторией Compton Gamma-Ray Observatory (CGRO) и принадлежит к особому классу — вспыхивающим (или транзиентным) рентгеновским пульсарам. С тех пор этот объект неоднократно наблюдался разными инструментами и на фоне своих «одноклассников» ничем особенным не выделялся. И только недавние наблюдения с помощью американской космической обсерватории NuSTAR, обладающей выдающейся комбинацией высокого энергетического разрешения (<400 эВ) и широчайшего рабочего диапазона энергий (3–79 кэВ), позволили «рассмотреть» особенности излучения этого пульсара, дающие возможность утверждать, что он претендует стать родоначальником нового семейства объектов. 

В энергетических спектрах (энергетический спектр — зависимость интенсивности излучения объекта от энергии испускаемых фотонов) источника была обнаружена линия циклотронного поглощения (циклотронная частота — частота обращения заряженной частицы — в данном случае электрона — в магнитном поле; в зависимости от внешних условий на этой частоте может наблюдаться либо избыток излучения, либо избыток поглощения. Именно последнее и регистрируется в спектрах рентгеновских пульсаров, позволяя напрямую измерять их магнитные поля), дающая возможность однозначно определить напряженность магнитного поля в месте ее образования. 

Само по себе это не ново, и такие особенности сегодня известны у трех десятков объектов. Уникальность сделанного российскими учеными открытия состоит в том, что спектральная особенность проявляет себя только тогда, когда нейтронная звезда повернута к наблюдателю определенным образом. 

Открыть данное явление ученым удалось, проведя детальные «томографические» исследования системы. Для этого были сделаны рентгеновские снимки «космического пациента» с десяти ракурсов, и только на одном из них был обнаружен дефицит излучения на энергии около 10 кэВ, что соответствует напряженности магнитного поля 1012 Гаусс. Особый интерес полученному результату давала одновременная регистрация высших гармоник циклотронной линии на той же самой фазе излучения источника (рисунок 1). 



Рисунок 1. Рентгеновская «томография» пульсара GROJ2058+42. Художественное изображение аккрецирующего рентгеновского пульсара, на котором показан один из полюсов нейтронной звезды с формирующимся рентгеновским излучением (Credit: NASA/CXC/S. Lee). Стрелками показаны разные направления испускаемого сигнала и наблюдаемые спектры излучения от системы / ©The Astrophysical Journal Letters / Пресс-служба МФТИ

Нейтронные звезды — сверхплотные космические тела, имеющие радиус около 10 километров и массу, достигающую значений в 1,4–2,5 массы Солнца. Рождаются нейтронные звезды в результате вспышек сверхновых звезд, когда вещество из-за гравитации сжимается настолько сильно, что электроны фактически сливаются с протонами, и образуют нейтроны. Отсюда и получаются такие огромные массы при столь скромных размерах. 

Более того, при сжатии также сохраняется магнитный поток, и если величина магнитного поля на поверхности звезды-прародителя была порядка 1 Гс (как, например, на Земле), то после коллапса магнитное поле на поверхности нейтронной звезды достигает величин 1011–1012 Гс (что превышает величину максимально достижимого в земных лабораториях магнитного поля в десятки миллионов раз). В большинстве случаев конфигурация магнитного поля нейтронной звезды соответствует диполю, то есть существуют два полюса (как и в случае Земли, где есть северный и южный магнитные полюса). 

Некоторые нейтронные звезды могут образовывать пару с обычной звездой, вещество которой перетекает на поверхность нейтронной звезды в области магнитных полюсов (если возвращаться к аналогии с Землей, то частицы солнечного ветра «выпадают» в районе магнитных полюсов, образуя всем известное явление полярного сияния). Если ось вращения нейтронной звезды не совпадает с ее магнитной осью, то сторонний наблюдатель будет видеть периодический сигнал, как от маяка — рентгеновский пульсар. Излучение рентгеновского пульсара GRO J2058+42 не является постоянным и регистрируется только во время вспышек.

Такое поведение обусловлено присутствием рядом с ним необычной звезды-компаньона, принадлежащей классу Ве-звезд. Звезды этого класса настолько быстро вращаются вокруг своей оси, что в плоскости их экватора может образовываться газовый диск из оттекающего вещества. При прохождении нейтронной звезды через этот диск вещество начинает «перетекать» на ее поверхность, что ведет к резкому возрастанию светимости. Именно моменты таких вспышек являются идеальными для исследования физических свойств системы. 

Сложность проведенных исследований заключается в том, что вспышки в большинстве из таких систем происходят довольно редко, и их невозможно достоверно прогнозировать. Поэтому, когда случаются такие события, необходимо оперативно организовать наблюдения на космических обсерваториях. Российские ученые смогли «поймать» момент зарождения новой вспышки от GRO J2058+42 и оперативно организовать серию наблюдений космической обсерваторией NuSTAR. По результатам этих наблюдений было обнаружено, что магнитное поле проявляет себя только на определенных фазах вращения, что может свидетельствовать о его необычной конфигурации или же об особенностях геометрии системы в целом. 

Полученный результат был настолько необычен, что российские ученые обратились к американским коллегам с предложением провести дополнительные наблюдения, которые подтвердили первоначальные выводы. Неоднородности в структуре магнитного поля как обычных, так и нейтронных звезд были предсказаны на основе детальных численных расчетов (рисунок 2). 


Рисунок 2. Пример структуры магнитного поля нейтронной звезды с сильным магнитным полем (магнетара) в спокойном состоянии (вверху) и при переходе в нестабильное состояние (внизу) / ©K.Gourgouliatos et al / Пресс-служба МФТИ

До недавнего времени считалось, что такие неоднородности формируются только во время кратковременных вспышек на звездах или от магнетаров. Открытие российских ученых впервые представило доказательства того, что магнитное поле нейтронной звезды имеет существенно более сложную структуру, чем считалось ранее, и эта структура может сохранять свою форму достаточно продолжительное время, являясь одним из фундаментальных свойств того или иного объекта. 

Александр Лутовинов, профессор РАН, заместитель директора по научной работе Института космических исследований РАН, преподаватель МФТИ и один из авторов открытия, поясняет: «Одним из фундаментальных вопросов образования и эволюции нейтронных звезд является структура их магнитных полей. С одной стороны, в процессе коллапса должна сохраняться дипольная структура звезды-прародительницы, с другой, мы знаем, что даже у нашего Солнца есть локальные неоднородности магнитного поля, что, например, проявляется в солнечных пятнах.

Похожие структуры предсказываются теоретически и в случае нейтронных звезд. Это очень здорово — впервые увидеть их в реальных данных. Теоретики теперь получат новые фактические данные для моделирований, а мы — еще один инструмент для исследования параметров нейтронных звезд». 

Работа была поддержана Российским научным фондом. 

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет), известен также как Физтех — ведущий российский вуз по подготовке специалистов в области теоретической, экспериментальной и прикладной физики, математики, информатики, химии, биологии и смежных дисциплин. Расположен в городе Долгопрудном Московской области, отдельные корпуса и факультеты находятся в Жуковском и в Москве.
Подписывайтесь на нас в Telegram, Яндекс.Новостях и VK
6 часов назад
Редакция Naked Science

Новый анализ настроений жителей Великобритании старше 40 лет, показал, что горожане имеют более низкий уровень благополучия, удовлетворенности социальным и материальным положением по сравнению с жителями сельской местности. Но есть нюанс.

Позавчера, 16:02
Александр Березин

Ровно 55 лет назад США высадили людей на Луне. Почему они, а не мы? Это объясняли и неспособностью создать достаточно мощные двигатели для советской лунной ракеты, и ошибками в проектировании ракеты, и нехваткой финансирования. Все эти версии объединяет одно: они резко противоречат документам. Из них складывается совершенно иная картина проигрыша. Так что же на самом деле погубило советскую лунную программу? И отчего последствия этого удара до сих пор так больно бьют по «Роскосмосу»?

Вчера, 15:14
Редакция Naked Science

Ожирение за последние 50 лет стало встречаться втрое чаще и заняло устрашающую пятую позицию в причинах смерти. Не отстает от него и диабет второго типа. Исследователи из Мичиганского университета предложили новый метод пятикратного увеличения эффективности в снижении аппетита и потере веса.

17 июля
Игорь Байдов

Команда китайских инженеров разработала модель магнитоэлектрического генератора, способного эффективно преобразовывать энергию падающих капель в электричество. Устройство может быть полезно для районов с повышенной сезонной влажностью. Разработка ученых в теории выглядит перспективно, но вызывает некоторые вопросы. В частности, пока не ясно, можно ли найти ей практическое применение.

Позавчера, 16:02
Александр Березин

Ровно 55 лет назад США высадили людей на Луне. Почему они, а не мы? Это объясняли и неспособностью создать достаточно мощные двигатели для советской лунной ракеты, и ошибками в проектировании ракеты, и нехваткой финансирования. Все эти версии объединяет одно: они резко противоречат документам. Из них складывается совершенно иная картина проигрыша. Так что же на самом деле погубило советскую лунную программу? И отчего последствия этого удара до сих пор так больно бьют по «Роскосмосу»?

19 июля
Юлия Трепалина

Так называемый думскроллинг, или болезненное погружение в новостные ленты с преобладанием негатива, не просто вгоняет в стресс. Международная группа специалистов в области психологии и поведенческих наук выяснила, что такая манера потребления новостного контента способна провоцировать более глубокую экзистенциальную тревогу, ощущение бесцельности жизни и даже ненависть к людям.

25 июня
Игорь Байдов

Ученые из Китая и Бельгии воссоздали в лаборатории условия, существовавшие на Меркурии четыре миллиарда лет назад, и выяснили, что они были идеальными для образования слоя алмазов, который с течением времени становился лишь толще.

1 июля
Александр Березин

Необычный биологический вид, по оценке авторов новой научной работы, пригоден для заселения четвертой планеты без каких-либо предварительных условий — уже в том виде, в котором он существует сейчас. Поскольку речь идет о фотосинтетическом организме, он способен нарабатывать существенное количество кислорода. Интересно, что кандидат на терраформирование Марса сохранил жизнеспособность после месяца в жидком азоте.

12 июля
Александр Березин

Falcon 9 Block 5 впервые за три сотни запусков дал частично неудачный полет. Ракета выводила 20 спутников компании SpaceX, с 15 связь уже пропала, еще пять могут быть потеряны в ближайшее время.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий
Подтвердить?
Подтвердить?
Причина отклонения
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Жалоба отправлена

Мы обязательно проверим комментарий и
при необходимости примем меры.

Спасибо
Аккаунт заблокирован!

Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.

Понятно
Что-то пошло не так!

Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно