Розкрита таємниця самих розкручених зірок

Нові спостереження, проведені за допомогою космічної рентгенівської обсерваторії "Чандра" ( Chandra ), дозволили отримати відповідь на питання про те, завдяки чому специфічні космічні об'єкти, звані мілісекундного пульсарами (тобто дуже швидко обертаються намагнічені нейтронні зірки), так здорово розкручуються.

Виявилося, що вся справа в первісному місці розташування колишньої зірки. У даному випадку "Чандра" мала справу з густонаселеним кульовим скупченням 47 Tucanae (воно розташоване приблизно в 16 тисячах світлових років від нас у південному сузір'ї Тукана), де зірки "упаковані" настільки щільно, що відстань між сусідами не перевищує однієї десятої світлового року ( нагадаємо, що до найближчої до Сонця зірки Проксими Центавра світло повинен летіти приблизно чотири роки). І ось у цьому "зоряному котлі" виявлено майже дві дюжини миллисекундних пульсарів. Настільки велика вибірка представляє собою справжнє золоте дно для астрономів, які намагаються тепер перевірити деякі теорії, що описують походження миллисекундних пульсарів. Зокрема, необхідно було відшукати якийсь "проміжний" тип розкручує пульсара, і ось він-то і був знайдений в особі об'єкта 47 Tuc W (PSR J0024-7204W).

Відповідно до теорії, першим етапом створення мілісекундного пульсара вважається формування нейтронної зірки в результаті вибуху якогось зоряного гіганта у вигляді наднової. Якщо свіжоспечена нейтронна зірка знаходиться при цьому в кульовому скупченні, то після спалаху за рахунок віддачі (ймовірність того, що вибух буде абсолютно сферично симетричним, невелика) вона виконає своєрідний безладний "танець" навколо центру кластера, вибравши при цьому собі зірку-компаньйона, яку пізніше може поміняти і на іншу. Точно так само, як в переповненому танцкласі, в перевантаженому зірками кульовому скупченні тіснота може змусити нейтронну зірку "притиснути" ближче до свого компаньйонові або ж часто міняти партнерів, формуючи все більш тісні пари. Коли зв'язок стає досить тісному, компактна гравитирующих нейтронна зірка "втрачає голову" і починає зривати матерію-одяг зі свого візаві. Частина цього поцупленого речовини випадає на нейтронну зірку, при цьому від взаємного тертя швидко рухаються до свого нового будинку частинок матерія дуже сильно розігрівається і випускає рентгенівське випромінювання, в результаті чого на світ з'являється нова рентгенівська бінарна система, а нейтронна зірка робить критично важливий другий крок до перетворенню в мілісекунди пульсар. Далі матерія, що падає на нейтронну зірку, поступово її розкручує. Після 10-100 мільйонів років такого "підштовхування каруселі", нейтронна зірка обертається вже зі швидкістю одного обороту за кілька мілісекунд. Ну а зрештою через швидке обертання нейтронної зірки або подальшої еволюції її компаньйона випадання залишків чужий матерії припиняється, рівень рентгенівського випромінювання знижується, і нейтронна зірка починає проявляти себе вже у вигляді випускає майже виключно радіоімпульси мілісекундного пульсара.

Більшість астрономів вже давно повірило в цей сценарій "бінарної розкрутки", тобто в те, що мілісекундним пульсари створюються в умовах тісних зіркових пар, адже це підтверджується численними спостереженнями пульсарів, поступово збільшують швидкість свого обертання в рентгенівських бінарних системах, та й майже всі мілісекундним радіопульсари відкриті саме в бінарних системах. Однак вирішального доказу досі бракувало, оскільки не було відомо про транзієнтної (перехідних) об'єктах між другим і фінальним етапами. Тепер подібний тип систем нарешті знайдений.

47 Tuc W - це бінарна зоряна система, що складається з однієї "нормальної" та однієї нейтронної зірки. При цьому нейтронна зірка - пульсар - робить повний оборот кожні 2,35 мілісекунди. Мігніте оком - і надщільний об'єкт зоряної маси, діаметр якого не перевищує розмірів острова Манхеттен, обернеться 25 або навіть більше число разів. Від собі подібних 47 Tuc W відрізняється тим, що випромінює помітно більшу кількість високоенергетичних фотонів рентгенівського діапазону. Ця аномалія повинна вказувати на якесь розходження в механізмах, що породжують рентгенівські промені. Вважається, що за це випромінювання відповідальна ударна хвиля, що виникає в ході зіткнення між матерією, що минає з зірки-компаньйона, і частинками "зоряного вітру", розігнаними пульсаром до релятивістських (близькосвітлових) швидкостей. Регулярні варіації в оптичному і рентгенівському діапазонах, відповідні 3,2-годинному орбітальному періоду цієї пари зірок, як раз і служать підтвердженням подібної інтерпретації.

Група астрономів з американського Гарвард-Смітсоніанського астрофізичного центру (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics - CfA , Кембридж, штат Массачусетс) показала, що характеристики рентгенівського випромінювання і світлові варіації від 47 Tuc W майже ідентичні тим, що спостерігалися у маломасивних рентгенівського бінарного джерела J1808 ( SAX J1808.4-3658). Отже, схожість між відомим мілісекундним пульсаром і відомої рентгенівської подвійною зіркою дозволяє встановити шуканий зв'язок між даними типами об'єктів.

По всій видимості, "нормальна" зірка-компаньйон в 47 Tuc W має масу трохи більше однієї восьмої маси Сонця і являє собою відносно нового партнера нейтронної зірки, а не того компаньйона, що свого часу розкрутив мілісекунди пульсар, пожертвувавши на це левову частку своєї матерії. Новий супутник, придбаний за рахунок лихого обміну партнерами в "танці", вигнав попереднього жертовного компаньйона і тепер пробує повторити його "подвиг" з розкручування вже розкрученого пульсара, створюючи таким чином спостережувану ударну хвилю. Навпаки, подвійна рентгенівська зірка J1808 розташована аж ніяк не в кульовому скупченні, а тому із великою ймовірністю пульсар там "коротає вік" зі своїм первісним стареньким "всохлі" компаньйоном, який свого часу був "вичерпаний" до того, що перетворився на жалюгідний коричневий карлик з масою нижче 5% сонячної маси.