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. Работа была поддержана Российским научным фондом. Результаты 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 ничем особенным не выделялся на фоне своих «одноклассников». 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* источника была обнаружена линия циклотронного поглощения**, дающая возможность однозначно определить напряженность магнитного поля в месте ее образования. Само по себе это не ново, и такие особенности на настоящий момент 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.
 
Нейтронные звезды — сверхплотные космические тела, имеющие радиус около 10 км 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 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. 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».
*Энергетический спектр — зависимость интенсивности излучения объекта от энергии испускаемых фотонов.
 
**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.
 
Татьяна Небольсина

Похожие новости

  • 16/04/2019

    В России за последние 50 лет увеличилась интенсивность и частота ливней

    Российские климатологи показали, что с каждым десятилетием вклад сильных ливней в общее количество осадков в России увеличивается на 1–2%. Растут как частота, так и интенсивность проливных дождей. В некоторых регионах вклад ливней в общую сумму осадков уже превышает вклад более спокойных обложных дождей вдвое и больше.
    347
  • 15/12/2017

    Российские ученые исследовали взаимодействия одиночных импульсов

    ​Российские ученые изучили поведение одиночных импульсов волн - однократных возмущений, распространяющихся в пространстве или в среде, - при их столкновении в нелинейных средах. Результаты работы ученых из России и Швеции опубликованы в журнале Nonlinear Dynamics.
    1419
  • 15/11/2018

    Минприроды и РАН расширят сотрудничество для изучения Арктики и Мирового океана

    ​Об этом 14 ноября рассказал Министр природных ресурсов и экологии РФ Дмитрий Кобылкин, выступая на одной из научных сессий Общего собрания членов РАН. По приглашению Президента РАН Александра Сергеева Министр выступил на приоритет-сессии по теме «Связанность территории РФ за счёт создания интеллектуальных транспортных и телекоммуникационных систем, а также занятия и удержания лидерских позиций в создании международных транспортно-логистических систем, освоения и использования космического и воздушного пространства, Мирового океана, Арктики и Антарктики».
    643
  • 05/11/2019

    Когда взорвется климатическая бомба?

    В начале октября этого года ученые с борта научно-исследовательского судна «Академик Мстислав Келдыш» передали неутешительные новости. Участники экспедиции в моря Восточной Арктики обнаружили рекордный выброс метана.
    283
  • 08/01/2019

    Гонка квантовых компьютеров и лечение рака: ведущие российские ученые выделили главные исследования года

    ​​Сжатие информации, гонка квантовых компьютеров, борьба с раком и постижение Арктики - российские академики по нашей просьбе выделили наиболее, на их взгляд, прорывные научные результаты 2018 года. Квантовые компьютеры Академик РАН, экс-председатель Сибирского отделения РАН, физик Александр Асеев: - Я бы выделил три направления, которые «выстрелили» в этом году в области электроники.
    1195
  • 26/03/2019

    Людмила Засова: в облаках Венеры могут жить бактерии

    Объединенная научная рабочая группа Института космических исследований и "Роскосмоса" с одной стороны и НАСА с другой по проекту "Венера-Д" сформулировала научные задачи и определила комплекс научных приборов для изучения Венеры.
    355
  • 12/02/2018

    Михаил Ковальчук: научные центры РФ изучат влияние радиации на человека

    ​Национальная программа мирового уровня по исследованию воздействия радиации на человека объединит возможности ведущих российских научных организаций, обладающих экспериментальной базой и опытом, заявил в интервью газете "Известия" президент Национального исследовательского центра (НИЦ) "Курчатовский институт" Михаил Ковальчук.
    752
  • 30/11/2017

    Григорий Трубников избран председателем Комитета полномочных представителей правительств государств-членов Объединённого института ядерных исследований

    ​24-25 ноября в Дубне состоялось заседание Комитета полномочных представителей правительств государств-членов (КПП) Объединённого института ядерных исследований (ОИЯИ). В работе сессии помимо 16 полномочных представителей стран-участниц международной организации приняли участие наблюдатели из Венгрии, Германии, Сербии, Италии, Европейской организации ядерных исследований (ЦЕРН).
    909
  • 08/06/2017

    Объявлены лауреаты Госпремии 2016 года за выдающиеся достижения в области науки и технологий

    ​​Объявлены лауреаты Государственной премии Российской Федерации 2016 года за выдающиеся достижения в области науки и технологий. Указ об этом опубликован на официальном сайте Президента РФ. Госпремию вручат нефтяникам, врачам и астрофизикам​.
    2401
  • 12/12/2017

    Александр Сергеев рассказал, как заказы от Росатома помогают академической науке

    ​Заказы со стороны госкорпорации "Росатом" по высокотехнологичным проектам оказывают серьезную финансовую помощь российским академическим научным институтам, сообщил президент Российской академии наук Александр Сергеев в интервью корпоративному изданию российской атомной отрасли газете "Страна Росатом".
    1043