Ученые Института космических исследований РАН совместно со специалистами Санкт-Петербургского государственного университета и зарубежными коллегами получили новые данные исключительной важности для понимания физики взаимодействия астрофизической плазмы с излучением и сильным магнитным полем. Информацию удалось собрать, наблюдая за рентгеновским пульсаром RX J0440.9+4431, который впервые перешел в сверхкритический режим аккреции и вернулся обратно к докритическому режиму. Статья с результатами наблюдений направлена в журнал Monthly Notices of the Royal Astronomical Society и опубликована в архиве электронных препринтов, а иллюстрирующие ее графики стали июньской картинкой месяца обсерватории ИНТЕГРАЛ.
Пульсар RX J0440.9+4431, известный с 1990-х гг., всегда считался относительно спокойным объектом с малой светимостью около 1034 эрг/с. В начале 2023 г. источник неожиданно резко увеличил свою яркость — произошла гигантская вспышка излучения, на наблюдение и исследование которой переключились все действующие рентгеновские космические обсерватории.
Источник RX J0440.9+4431, отстоящий от Земли примерно на 2.4 килопарсека (для масштаба, центр Галактики отстоит от нас примерно на 8 кпк), находится в двойной звездной системе. Один из объектов в ней — массивная горячая звезда B-класса, вокруг которой из-за ее быстрого вращения может формироваться диск из вещества, перетекающего на «компаньона» ― нейтронную звезду с сильным магнитным полем: рентгеновский пульсар.
Нейтронные звезды светят, в том числе, в рентгеновском диапазоне, потому что на них падает вещество соседней звезды. Этот процесс называется аккреция. Из-за сильного магнитного поля нейтронной звезды, падающая на него плазма стекает вдоль магнитных силовых линий и падает исключительно на полюса. Там образуются две горячие области (образно говоря, пятна), из которых идет рентгеновское излучение: звезда вращается, и ученые видят пульсации.
«Процесс взаимодействия плазмы с магнитным полем, процесс, при котором вещество падает на поверхность нейтронной звезды, достаточно непростой из-за огромных температур, сильного магнитного поля и высокой гравитации. Когда вещество падает непосредственно на поверхность нейтронной звезды, мы видим спокойное излучение объекта, идущее из области магнитных полюсов. Если по каким-то причинам этого вещества становится много, то в какой-то момент горячее пятно на полюсе начинает настолько сильно светить, что останавливает падающую плазму, т.е. начинает работать известное из курса общей физики давление света (излучения). Плазма уже не может упасть на поверхность нейтронной звезды, возникает ударная волна, которая, по мере роста темпа падения вещества, начинает подниматься над поверхностью и возникает так называемая «аккреционная колонка», ограниченная по бокам магнитными силовыми линиями, которая становится все выше и выше. Этот момент перехода от пятна к колонке чрезвычайно важен для понимания и оценки физических параметров, как нейтронной звезды, так и самой плазмы», ― рассказал корреспонденту портала «Научная Россия» заместитель директора ИКИ РАН член-корреспондент РАН Александр Лутовинов, один из авторов статьи.
Впервые процессы возникновения аккреционной колонки и переход пульсара в режим сверхкритической светимости были описаны и предсказаны в пионерских работах академика Р.А. Сюняева с коллегами в середине 1970-х гг. Ранее российские ученые впервые сумели измерить сверхкритическую светимость одного из рентгеновских пульсаров в 2017 г., а теперь переход в сверхкритический режим аккреции был обнаружен учеными ИКИ РАН и на примере другого объекта, RX J0440.9+4431.
«Этот результат очень важен, так как в силу огромных температур и магнитных полей смоделировать такую ситуацию на Земле невозможно. Увидеть столь высокоэнергичные процессы можно только в далеком космосе, вблизи нейтронных звезд. Фактически, они представляют собой природные лаборатории, в которых можно следить за взаимодействиями плазмы с магнитным полем, гравитацией и излучением», ― прокомментировал Александр Лутовинов.
В работе были использованы данные космических астрофизических обсерваторий Swift, NuSTAR, NICER (NASA) и ИНТЕГРАЛ (ESA), работающих в разных диапазонах рентгеновского спектра. Именно данные обсерватории ИНТЕГРАЛ, вместе с данными обсерватории NuSTAR, полученными по заявкам российских ученых, были использованы исследователями для изучения физических свойств объекта в широком диапазоне энергий.
Опубликованная статья ― первая в серии работ, посвященных изучению пульсара RX J0440.9+4431 во время этой необычайно яркой вспышки, которые ведут российские исследователи. В ближайшее время ожидаются публикации с результатами поляриметрической обсерватории IXPE, российского телескопа ART-XC им. М. Н. Павлинского обсерватории «Спектр-РГ» и др.
Источник иллюстрации: Институт космических исследований РАН / "RX J0440.9+4431: another supercritical X-ray pulsar", Alexander Salganik, Sergey S. Tsygankov, Victor Doroshenko, Sergey V. Molkov, Alexander A. Lutovinov, Alexander A. Mushtukov & Juri Poutanen, 2023, MNRAS, submitted
Новость подготовлена при поддержке Министерства науки и высшего образования РФ и Российской академии наук.
