Астрономы определили механизм затмений радиоизлучения пульсаров-«черных вдов»
Астрономы при помощи наземного радиоинтерферометра uGMRT впервые смогли с большой точностью определить физический механизм затмения радиоизлучения миллисекундных пульсаров в компактных двойных системах. Им стало синхротронное поглощение радиоизлучения релятивистскими электронами в намагниченном веществе звезды-компаньона, уносимом с нее пульсарным ветром. Препринт работы доступен на сайте arXiv.org.
Миллисекундные пульсары — это быстровращающиеся нейтронные звезды, которые раскрутились до периодов вращения в несколько миллисекунд за счет аккреции вещества со звезды-компаньона, при этом постепенно разрушая ее за счет пульсарного ветра и высокоэнергетического излучения. Из-за этого подобные объекты получили название «черные вдовы» — по аналогии с видом земных пауков.
Пульсары-«черные вдовы», которые находятся на близких (период обращения менее 10 часов) орбитах к своим маломассивным (менее 0,1 массы Солнца) компаньонам, очень важны для астрофизиков, так как позволяют изучить процессы формирования миллисекундных пульсаров. Многие из таких объектов демонстрируют затмение радиоизлучения, когда звезда-компаньон приближается к линии прямой видимости для земного наблюдателя, причем степень затмения радиоимпульсов пульсара связаны с его частотой. Это явление известно с 1980-х годов, но его точная природа до сих пор не выяснена — затмения может создавать вещество, сорванное пульсарным ветром со звезды-компаньона, или материал самого пульсарного ветра.
Группа астрономов во главе с Дебоджоти Кансабаником (Devojyoti Kansabanik) из Национального центра радиоастрофизики в Пуне опубликовала результаты исследований миллисекундного пульсара PSR J1544+4937, открытого при помощи радиотелескопа GMRT в 2013 году и входящего в двойную систему с периодом обращения компонентов 2,9 часа. Ученые использовали данные наблюдений за пульсаром, полученные при помощи радиоинтерферометра uGMRT в феврале и апреле 2018 года для построения моделей, которые описывали бы механизм затмений. Особенностью работы стали высокая точность наблюдений и широкий диапазон используемых частот (от 300 до 850 мегагерц) — большинство предыдущих исследований ограничивалось наблюдениями в узкой полосе частот.
Исследователи установили, что наблюдаемые частотно-зависимые затмения PSR J1544 + 4937 могут быть хорошо объяснены синхротронным поглощением радиоизлучения релятивистскими электронами, в то время как другие механизмы, такие как циклотронное поглощение, не могут объяснить наблюдения. Это означает, что затмения вызывает намагниченное вещество звезды-компаньона, уносимое с нее пульсарным ветром. Зависимость от напряженности магнитного поля синхротронного поглощения позволила ученым оценить напряженность магнитного поля среды, где происходят затмения — примерно 13 гауссов.
Ученые надеются, что использованная ими методика применима к другим миллисекундным двойным пульсарам и позволит определить, одинаковы ли в разных системах механизмы затмений, а также оценить свойства пульсарного ветра и магнитного поля звезд-компаньонов.
Ранее мы рассказывали о том, как распределенные вычисления на компьютерах добровольцев помогли найти новый пульсар-«черную вдову».
Александр Войтюк
Они находятся в маломассивных рентгеновских двойных системах
Астрономы на основе наблюдений за пульсаром PSR J1023+0038 определили механизм переключения переходных миллисекундных пульсаров между режимами активности. Предполагается, что он связан с взаимодействием между пульсарным ветром и внутренней частью аккреционного диска, а также с выбросами вещества. Статья опубликована в журнале Astronomy&Astrophysics. После рождения нейтронные звезды обладают очень высокой скоростью вращения, которая постепенно уменьшается со временем. Однако астрономам известны миллисекундные пульсары, представляющие собой быстровращающиеся нейтронные звезды, которые находятся в маломассивных рентгеновских двойных системах и раскручиваются до миллисекундных периодов вращения за счет аккреции вещества звезды-компаньона. Этот эволюционный путь состоит из нескольких стадий, одна из которых представлена переходными миллисекундными пульсарами — очень редкими и плохо изученными объектами. Они могут находиться в двух состояниях: радиопульсар (объект порождает импульсы радиоволн) и активный режим (нейтронная звезда ярко излучает в рентгеновском диапазоне, аккрецируя вещество из диска вокруг нее). В активном режиме ученые выделяют два состояния — высокий уровень активности, который возникает чаще всего и характеризуется пульсациями рентгеновского, ультрафиолетового и оптического излучения от пульсара, и низкий уровень активности, когда пульсаций нет. Астрофизиков очень интересует, каким образом эти режимы возникают и почему непредсказуемо меняются. Группа астрономов во главе с Марией Кристиной Бальо (Maria Cristina Baglio) из Нью-Йоркского университета в Абу-Даби опубликовала результаты мультиволновых наблюдений за переходным миллисекундным пульсаром PSR J1023+0038, проведенных в июне 2021 года при помощи наземных и космических телескопов, таких как NuSTAR, XMM-Newton, «Хаббл», VLT, ALMA, VLA, NTT и FAST. PSR J1023+0038 был обнаружен в 2007 году как пульсар с периодом вращения 1,69 миллисекунды, обращающийся вокруг маломассивной звезды-компаньона (около 0,2 массы Солнца) за 4,75 часа. В 2013 году он перешел в режим высокого уровня активности, демонстрируя признаки формирования аккреционного диска. Данные наблюдений позволили астрономам построить физическую модель переключения миллисекундного пульсара между режимами активности. Во время высокого уровня активности существует ударная волна между ветром от пульсара и внутренним аккреционным потоком, где возникает большая часть рентгеновского излучения, а также рентгеновские, ультрафиолетовые и оптические пульсации. При этом самая внутренняя область усеченного, геометрически тонкого аккреционного диска, заменяется радиационно неэффективным, геометрически толстым потоком, а падающее на пульсар вещество втягивается в магнитное поле и ускоряется, образуя компактный джет из плазмы, которая выбрасывается наружу. Переход в режим низкого уровня активности инициируется дискретными выбросами вещества поверх джета вдоль оси вращения пульсара, что приводит к угасанию пульсаций. В таком состоянии пульсарный ветер все еще способен проникнуть в аккреционный диск и инициировать возникновение джета. Затем поток вещества из аккреционного диска может вновь заполнить область вблизи пульсара и он перейдет высокий режим активности. Ранее мы рассказывали о том, как ученые впервые увидели гамма-затмения пульсаров-«черных вдов» и напрямую измерили скорость собственного движения пульсара.