Астрономы описали формирование «черных вдов» с маломассивной звездой–компаньоном

Астрономы построили согласованную с наблюдениями модель образования пульсаров–«черных вдов» с очень легкой звездой–компаньоном, масса которой менее 0,01 массы Солнца. По мнению ученых такие системы представляют результат эволюции ультракомпактной рентгеновской двойной, содержащей He–звезду и раскрученный за счет аккреции миллисекундный пульсар, который активно испаряет вещество звезды–компаньона потоками частиц и излучения. Препринт работы опубликован на сайте arXiv.org.

Нейтронные звезды рождаются быстро вращающимися вокруг собственной оси, однако по мере своей эволюции постепенно замедляются, переставая активно генерировать радиоизлучение. Тем не менее, они способны вновь раскрутиться до миллисекундных периодов вращения за счет аккреции вещества со звезды–компаньона в двойной системе. Поверхностное магнитное поле нейтронной звезды будет уменьшаться при этом с 10¹² до 10⁸–10⁹ гауссов, однако механизм распада поля до сих пор неясен. 

Затменные миллисекундные пульсары характеризуются периодом обращения в двойной системе от 0,1 до 1 дня и разделяются на два основных типа — «черные вдовы» (масса компаньона составляет менее 0,05 массы Солнца) и «австралийские вдовы» (масса компаньона составляет от 0,1 до 1 массы Солнца). Такие названия они получили в честь двух видов пауков, так как разрушают своих маломассивных компаньонов за счет пульсарного ветра и высокоэнергетического излучения. Подобные системы представляют для астрофизиков интересные цели для изучения эволюционного пути систем с нейтронными звездами, в частности, предполагается, что «черные вдовы» могут быть звеном между аккрецирующими рентгеновскими пульсарами и изолированными миллисекундными пульсарами.

Любопытно, что «черные вдовы» сами делятся на две группы. У первого подтипа масса компаньона составляет 0,01–0,05 массы Солнца, что можно объяснить абляцией вещества звезды главной последовательности за счет пульсарного ветра, в то время как второй подтип характеризуется массой компаньона менее 0,01 массы Солнца, что уже плохо объяснимо в рамках стандартных моделей. 

Группа астрономов во главе с Юньланем Гуо (Yunlang Guo) из обсерватории Юньнань Китайской академии наук опубликовала результаты моделирования долговременной эволюции систем, где нейтронная звезда аккрециирует вещество He–звезды (у которой фотосфера богата гелием), которые проходят фазу ультракомпактной рентгеновской двойной, при помощи кода звездной эволюции MESA. Их целью было проследить механизм образования «черных вдов», у которых масса звезды-компаньона составляет менее 0,01 массы Солнца. В моделях масса нейтронной звезды не менялась и составляла 1,4 массы Солнца, однако менялись орбитальные периоды системы и начальные массы звезды-компаньона (0,32−0,6 массы Солнца). Модель не учитывала влияние магнитного торможения и потерю углового момента звездой за счет абляции. Результаты моделирования сравнивались с данными наблюдений за пульсарами PSR J1719–1438, J2322–2650 и J1311–3430.

Оказалось, что модель ультракомпактной рентгеновской двойной с He-звездой действительно объясняет появление пульсаров–«черных вдов» с очень маломассивным компаньоном. Такие системы могут быть потенциальными прародителями изолированных миллисекундных пульсаров. Масса звезды–компаньона может уменьшиться за счет влияния пульсара до 0,001 или даже 10⁻⁵ массы Солнца за Хаббловское время. В процессе испарения радиус звезды–компаньона увеличивается по мере уменьшения массы, а орбита системы будет постепенно расширяться. Ученые также отмечают, что системы типа «австралийских вдов» не могут быть прародителями «черных вдов» с очень маломассивным компаньоном, а оба подтипа «черных вдов» имеют разные каналы формирования.

Ранее мы рассказывали о том, как распределенные вычисления на компьютерах добровольцев помогли найти новый пульсар–«черную вдову».

Александр Войтюк