«Ветер» от красного гиганта заставил излучать нейтронную звезду-компаньона

Космической телескоп INTEGRAL зафиксировал момент перехода двойной системы IGR J17329-2731 в симбиотическую. Изначально система состояла из быстро вращающейся нейтронной звезды и красного гиганта и не излучала в рентгеновском диапазоне. Однако нейтронная звезда постепенно перетягивала вещество со своей соседки и замедлялась; в результате на ней стала происходить аккреция вещества, которая сопровождалась излучением. Статья опубликована в Astronomy & Astrophysics.

В середине августа 2017 года обсерватория INTEGRAL, которая является совместным проектом ESA (Европейского космического агентства), NASA и Роскосмоса, зарегистрировала событие IGR J17329-2731 — яркую вспышку рентгеновского излучения в диапазоне энергий от 20 до 40 килоэлектронвольт. Всего вспышка продлилась около 2 тысяч секунд, а ее яркость достигала 0,06 от яркости Крабовидной туманности — одного из самых ярких объектов на звездном небе, излучающих в рентгеновском диапазоне. До события IGR J17329-2731 в этом участке неба источников рентгеновского излучения не наблюдалось, а потому астрономы исследовали его с помощью самых разных инструментов, чтобы установить природу вспышки.

В частности, в рентгеновском диапазоне за последствиями вспышки наблюдали обсерватории INTEGRAL, Swift, XMM-Newton и NuStar. INTEGRAL и Swift смотрели в направлении IGR J17329-2731 вплоть до 27 октября, пока этот участок неба не закрыло Солнце, а XMM-Newton и NuStar регистрировали приходящее от него излучение всего несколько дней после вспышки, зато с гораздо более высоким разрешением по времени. Кроме того, 29 февраля 1992 года в этом направлении в течение часа смотрел телескоп ROSAT, который тогда ничего не увидел. Оказалось, что после вспышки яркость источника изменялась с периодом около двух часов, причем существенных отличий в диапазоне низких и высоких энергий не было (3-20 и 20-60 килоэлектронвольт соответственно).

Также астрономы два раза (25 и 31 августа) измерили спектр видимого излучения, приходившего от IGR J17329-2731, с помощью спектрографа Гудмана, установленного на телескопе SOAR. Оказалось, что снятый спектр полностью совпадает со спектром красного гиганта (M giant). Кроме того, расщепление линии излучения Бальмер-альфа указывало на то, что в системе имеется второй компактный объект, вокруг которого образовался аккреционный диск. Наконец, по красному смещению спектральных линий ученые оценили расстояние до источника, которое составило примерно 2,7 килопарсек.

Собранные данные позволили группе ученых под руководством Энрико Боццо (Enrico Bozzo) предположить, что IGR J17329-2731 является так называемой симбиотической двойной рентгеновской системой (symbiotic X-ray binary, SyXB), в которой сильно намагниченная нейтронная звезда медленно перетягивает на себя вещество красного гиганта. Такие системы обладают наибольшими известными астрономам периодами колебаний яркости (от нескольких сотен секунд до нескольких часов) и очень редко встречаются. На данный момент ученым известно всего десять таких систем.

Скорее всего, эволюция двойной системы, которая привела к событию IGR J17329-2731, происходила по следующему сценарию. Изначально в состав системы входила нейтронная звезда с умеренно сильным магнитным полем порядка 10¹² Гаусс и периодом вращения около 0,01 секунды, а также сравнительно легкая звезда (массой не больше двух масс Солнца), которая обращалась вокруг нейтронной звезды с периодом порядка нескольких сотен дней. Из-за высокой скорости вращения нейтронная звезда ушла в фазу «пропеллера» — перетягивала на себя вещество соседки, но выбрасывала его на границу магнитосферы. Из-за этого аккреция не происходила, и система в рентгеновском диапазоне не излучала. Тем не менее, звезда теряла вращательную энергию и постепенно замедлялась. В конце концов ее угловая скорость уменьшалась до таких значений, когда центробежная сила больше не могла пересилить силу притяжения, и одновременно красный гигант перешел в завершающую фазу своей эволюции и начал раздуваться. В результате на нейтронной звезде началась аккреция — двойная система наконец стала напоминать симбиотическую. Скорее всего, именно этот момент был зафиксирован обсерваторией INTEGRAL.

В конце 2016 года ученые из Техасского университета в Остине заподозрили красного сверхгиганта Бетельгейзе в поглощении своего компаньона — слишком быстро он вращался, почти в 150 раз быстрее, чем предсказывали теоретические расчеты. А еще раньше астрономам из Великобритании, Германии и Аргентины удалось проследить за эволюцией звезды SAO 244567, которая из красного гиганта типа B превратилась в горячую звезду вне асимптотической ветви гигантов диаграммы Герцшпрунга—Рассела, а потом вернулась обратно.

Дмитрий Трунин