Астрофизики впервые напрямую измерили магнитное поле ультраяркого рентгеновского источника

Астрофизики при помощи космической обсерватории Insight-HXMT впервые измерили напряженность магнитного поля вблизи поверхности ультраяркого рентгеновского источника, которым оказалась нейтронная звезда в двойной системе в Млечном Пути. Измеренное значение поля оказалось рекордно большим среди других подобных случаев наблюдений и составило 16 триллионов гаусс. Статья опубликована в журнале The Astrophysical Journal Letters.

Ультраяркие источники рентгеновского излучения были открыты в конце прошлого века, а их природа до сих пор остается предметом споров среди астрофизиков. Они обладают светимостью более 10³⁹ эрг в секунду и могут быть связаны с черными дырами промежуточных масс, окруженными обычными аккреционными дисками, или черными дырами звездных масс, окруженными аккреционными дисками со сверхкритическим режимом аккреции. Однако пульсации рентгеновского излучения, обнаруженные для ряда ультраярких рентгеновских источников, указывают на то, что некоторые из них являются аккрецирующими нейтронными звездами, обладающими сильным магнитным полем. 

На сегодняшний день единственным доступным прямым методом измерения поверхностных магнитных полей у нейтронных звезд является обнаружение циклотронных линий поглощения в их рентгеновских спектрах. Линии образуются в результате рассеяния рентгеновских фотонов на электронах или протонах, движущихся в сверхсильных магнитных полях (более 10¹² гаусс) вблизи поверхности аккрецирующего пульсара. Если говорить об ультраярких рентгеновских источниках, то наблюдения циклотронных линий в спектре источника ULX-8 в галактике М51 дают оценку поля от 10¹¹ до 10¹⁵ гаусс, что в верхнем пределе похоже на значения полей для магнитаров. Рекорды прямых надежных измерений поверхностного магнитного поля у пульсаров принадлежат рентгеновской космической обсерватории Insight-HXMT, которая наблюдала пульсары GRO J1008-57 и 1A 0535+262 и дала оценки напряженности магнитных полей от 10¹² до 10¹³ гаусс.

Группа астрономов во главе с Лин-Да Конгом (Ling-Da Kong) из Института физики высоких энергий Китайской академии наук сообщила о первом случае прямого достоверного наблюдения циклотронной линии у ультраяркого рентгеновского источника, а также самом большом значении напряженности поля, измеренном подобным образом. Наблюдения вела обсерватория Insight-HXMT в период с октября 2017 по февраль 2018 года, их целью был ультраяркий источник Swift J0243.6+6124, открытый в 2017 году.

Swift J0243.6+6124 с 2017 по 2018 год демонстрировал мощную вспышку рентгеновского излучения, пиковая светимость источника составляла 2×10³⁹ эрг в секунду. У него была выявлена пульсация излучения с периодом 9,8 секунды, в дальнейшем было определено, что объект входит в эксцентрическую двойную систему с орбитальным периодом 27,6 дня, а его компаньоном является Be-звезда. Находится Swift J0243.6+6124 на расстоянии 22,1 тысячи световых лет от Солнца и был классифицирован как первый галактический ультраяркий источник рентгеновского излучения.

Электронная циклотронная линия поглощения в спектре Swift J0243.6+6124 наблюдалась в диапазоне энергий квантов от 120 до 146 килоэлектронвольт со статистической значимостью 6–18 сигма, когда источник находился в состоянии вспышки. Стоит отметить, что пиковая светимость источника больше, чем пределы сверхкритической и эддингтоновской светимости аккрецирующей нейтронной звезды. Расчеты дают значение нижнего предела напряженности поверхностного магнитного поля в 1,6×10¹³ гаусс, в предположении того, что источник представляет собой нейтронную звезду. Таким образом, измеренное значение магнитного поля оказывается рекордно большим среди всех нейтронных звезд, для которых проводились подобные наблюдения, и среди всех ультраярких рентгеновских источников.

Ранее мы рассказывали о том, как астрономы впервые измерили магнитное поле «короны» черной дыры и магнитное поле вблизи сверхмассивной черной дыры.

Александр Войтюк