Астрофизики обнаружили редкую тройную звездную систему с миллисекундным пульсаром

Китайские астрофизики и их коллеги обнаружили, что пульсар PSR J0435+3233 входит в редкую тройную систему, где он обращается вокруг общего центра масс вместе с гелиевым белым карликом, а на широкой орбите их сопровождает звезда, похожая на Солнце. Исследование, объясняющее необычно быстрое видимое замедление вращения пульсара гравитационным влиянием третьей звезды, опубликовано в журнале The Astrophysical Journal Letters.

Пульсары — это быстро вращающиеся нейтронные звезды, чрезвычайно плотные ядра, остающиеся после взрыва массивных звезд. Недавно астрономы наблюдали пульсар, который совершал более 300 оборотов в секунду и при этом, как казалось, замедлялся необычайно быстро. Разгадка этого странного поведения привела к открытию целой звездной семьи, где три объекта связаны общей гравитацией.

Исследователи изучили пульсар PSR J0435+3233 и его компаньонов, обработав почти пять лет наблюдений с китайского сферического радиотелескопа FAST — 192 сеанса. Пульсар испускает пучки электромагнитного излучения, которые, вращаясь, создают обнаружимые импульсы с интервалом примерно в 3,2 миллисекунды. Именно по этим импульсам астрономы и отслеживают вращение звезды. Выяснилось, что пульсар обращается вместе с гелиевым белым карликом по почти круговой орбите каждые восемь дней.

Однако изменения как в частоте самих импульсов, так и в орбитальной частоте этой внутренней пары указывали на внешнее ускорение, общее для обоих объектов. Движение к Земле или от нее меняет интервалы между приходящими импульсами благодаря эффекту Доплера. Если пульсар ускоряется, удаляясь от нас, промежутки между импульсами растягиваются, и вращение кажется замедляющимся быстрее, чем на самом деле.

Проанализировав архивные оптические и инфракрасные наблюдения, команда определила вероятный источник этого гравитационного влияния — звезду, расположенную очень близко к положению пульсара на небе и движущуюся по небу схожим образом. Ее свойства соответствуют звезде, подобной Солнцу, которая уже вышла за пределы основного этапа сжигания водорода. Расстояние до нее оценивается примерно в 7000 световых лет, хотя орбитальное движение может повлиять на эту оценку.

Дополнительно команда обнаружила гамма-импульсы в наблюдениях со спутника НАСА «Ферми». Объединив эти данные с измерениями FAST и информацией о видимой звезде, исследователи смогли восстановить вытянутую внешнюю орбиту, период которой составляет приблизительно 73,5 года. Поскольку наблюдения охватывают лишь часть этой орбиты, ее точная геометрия пока не определена, а анализ не в полной мере учитывал все факторы, влияющие на синхронизацию импульсов. Тем не менее отдельный анализ, принятый к публикации в журнале Astronomy & Astrophysics, также подтверждает интерпретацию тройной звезды и указывает на гораздо меньшее фактическое замедление пульсара.

Обнаруженное трио находится за пределами плотного звездного скопления, где столкновения между звездами могли бы приводить к формированию необычных систем. Исследователи описали возможную историю, которая могла привести к одновременному рождению всех трех звезд. Согласно этой картине, самая массивная звезда сбросила внешнюю оболочку и взорвалась, оставив после себя нейтронную звезду. Позже вещество, перенесенное от близкого компаньона, раскрутило нейтронную звезду до миллисекундного пульсара, а звезда-донор превратилась в гелиевый белый карлик. Пережить взрыв массивной звезды тройной системе непросто: внезапная потеря массы и возможный толчок для новорожденной нейтронной звезды могли бы ее разрушить.

В базовой симуляции команды лишь около 35 процентов смоделированных систем оставались связанными даже без дополнительного импульса от взрыва. Уцелевшая звезда, похожая на Солнце, может пролить свет на эволюционную историю системы: ее широкая орбита, по-видимому, препятствовала значительному обмену веществом с внутренней парой, поэтому она эволюционировала в основном как изолированная звезда и в конечном итоге тоже должна стать белым карликом, оставив в итоге нейтронную звезду и два белых карлика, все еще связанных между собой.

В результате исследования ученые не только объяснили кажущееся аномально быстрым замедление вращения пульсара влиянием третьей звезды, но и получили редкий пример тройной системы, пережившей взрыв одной из своих звезд. Такая находка помогает астрономам понять, как трем объектам удается оставаться гравитационно связанными во время катастрофического события, превращающего одну из них в нейтронную звезду, и какие пути эволюции ведут к подобным удивительным конфигурациям.