Астрономы впервые нашли кандидата в магнитары в двойной системе

Астрономы открыли первого кандидата в магнитары, входящего в гамма-двойную систему — это компактный объект в составе LS 5039. Это позволяет объяснить эффективный механизм ускорения частиц в системе, который является результатом взаимодействия звездных ветров массивной звезды и магнитосферы нейтронной звезды. Статья опубликована в журнале Physical Review Letters.

Гамма-двойные системы (gamma-ray binaries) — редкий класс астрономических объектов, открытых всего 16 лет назад, после появления новых инструментов наблюдения за небом. Они состоят из массивной звезды и компактного объекта, и при наблюдениях в оптическом диапазоне мало чем отличаются от других двойных систем, содержащих массивные звезды. Однако если наблюдения проводятся в рентгеновском или гамма-диапазонах, то такие системы оказываются яркими источниками периодического излучения с энергиями квантов от нескольких мегаэлектронвольт до тераэлектронвольт. На сегодняшний день известно всего около десяти гамма-двойных систем, предполагается, что в Млечном Пути их может быть несколько сотен штук. Механизмы ускорения частиц в подобных объектах считаются одними из самых эффективных во Вселенной, однако крайне плохо изучены.

LS 5039, находящаяся в созвездии Щита на расстоянии 8,2 тысяч световых лет от Солнца, считается самой яркой из известных гамма-двойных систем в Млечном Пути и состоит из звезды спектрального класса O, с массой 23 массы Солнца, и компактного объекта, природа которого до сих пор неясна. Наблюдения за этой системой показали, что частицы в ней ускоряются до десятков тераэлектронвольт за несколько секунд, при этом полученные данные плохо подходят под сценарий аккреции вещества звезды на нейтронную звезду. Существует гипотеза о том, что ускорение частиц происходит в ударных волнах, возникающих при столкновении потоков частиц от пульсара со звездными ветрами голубого гиганта, однако и она не может описать все особенности спектра излучения системы.

Группа астрономов во главе с Хироки Йонедой (Hiroki Yoneda) из Токийского университета решила выяснить, какой именно компактный объект входит в LS 5039. Для этой цели они проанализировали данные наблюдений за системой, проведенные в 2007 и 2016 годах в жестком рентгеновском диапазоне (энергия квантов от 10 до 30 килоэлектронвольт) при помощи космических телескопов Suzaku и NuSTAR.  

Оказалось, что поток жесткого рентгеновского излучения от системы изменяется с периодом 9 секунд, который увеличивается на 0,0001 секунды каждый год. Это означает, что масса компактного объекта в LS 5039 ограничена диапазоном 1,23–2,35 масс Солнца и он представляет собой вращающуюся нейтронную звезду, а не черную дыру. Проведенные по данным наблюдений расчеты показали, что нейтронная звезда должна обладать мощным магнитным полем с напряженностью 10¹⁰ тесла, что относит ее к категории магнитаров. Таким образом, LS 5039 стала первой двойной системой, содержащей кандидата в магнитары, а ускорение частиц в ней, как считают ученые, происходит в результате взаимодействия между плотными звездными ветрами от массивной звезды и сверхсильными магнитными полями нейтронной звезды. Дальнейшие наблюдения должны помочь более точно определить массу нейтронной звезды в системе.

Ранее мы рассказывали о том, как астрономы выяснили, что первый известный быстрый радиовсплеск в Млечном Пути мог возникнуть внутри магнитосферы магнитара.

Александр Войтюк