NuSTAR обнаружил загадочный источник рентгеновских лучей

Астрономы, использующие космическую обсерваторию NuSTAR (Nuclear Spectroscopic Telescope Array), обнаружили необычный источник рентгеновского излучения в NGC 6946, спиральной галактике, расположенной на расстоянии около 25 миллионов световых лет.

В 2017 году NuSTAR дважды наблюдал галактику NGC 6946, чтобы изучить недавно обнаруженную сверхновую. Два наблюдения были сделаны с интервалом в 11 дней.

Чрезвычайно яркий источник рентгеновских лучей — так называемый ультрафиолетовый источник рентгеновских лучей (ULX) — не был виден во время первого наблюдения NuSTAR, но ярко сиял в начале второго наблюдения через 10 дней.

Позднее рентгеновская обсерватория Чандра заметила, что источник, названный ULX-4, потому что это четвертый ULX, идентифицированный в NGC 6946, исчез так же быстро, как и появился.

С ULX-4 не было обнаружено видимого света, что, скорее всего, исключает возможность того, что это сверхновая звезда. «Десять дней — это очень короткий промежуток времени для появления такого яркого объекта», — говорит астрофизик из Калифорнийского технологического института Ханна Эрншоу.

«Обычно с NuSTAR мы наблюдаем более постепенные изменения с течением времени, и мы не часто наблюдаем источник несколько раз в быстрой последовательности. В этом случае нам повезло поймать источник, изменяющийся чрезвычайно быстро, что очень интересно».

Доктор Эрншоу и его коллеги исследовали возможность того, что свет исходил от черной дыры, поглощающей другой объект, такой как звезда.

Если объект оказывается слишком близко к черной дыре, гравитация может разорвать этот объект на части, перенося обломки на близкую орбиту вокруг черной дыры. Материал на внутреннем крае этого вновь образованного диска начинает двигаться так быстро, что нагревается до миллионов градусов и излучает рентгеновские лучи.

Большинство ULX обычно являются долгоживущими, потому что они созданы плотным объектом, таким как черная дыра, который «питается» звездой в течение длительного периода времени. Короткоживущие источники рентгеновского излучения, такие как ULX-4, встречаются гораздо реже, поэтому одно драматическое событие, такое как черная дыра, быстро разрушающая маленькую звезду, может объяснить его наблюдение.

Однако ULX-4 может не быть разовым событием, и астрономы исследовали другие возможные объяснения этого объекта. Одна возможность состоит в том, что источником ULX-4 является нейтронная звезда.

Нейтронные звезды — чрезвычайно плотные объекты, образовавшиеся в результате взрыва звезды, которая была недостаточно массивной, чтобы образовать черную дыру.

Масса, примерно такая же, как у нашего Солнца, но упакованная в объект размером с город, нейтронные звезды, подобно черным дырам, могут притягивать материал и создавать быстро движущийся диск из космического мусора.

Они также могут генерировать ультрафиолетовые источники рентгеновского излучения, хотя рентгеновское излучение генерируется с помощью процессов, немного отличающихся от ULX, создаваемых черными дырами.

Нейтронные звезды генерируют магнитные поля настолько сильные, что могут создавать «колонны», которые направляют материал вниз на поверхность, создавая при этом мощное рентгеновское излучение. Но если нейтронная звезда вращается особенно быстро, эти магнитные поля могут создать барьер, делающий невозможным попадание материала на поверхность звезды.

«Это все равно что пытаться прыгнуть на карусель, которая вращается со скоростью тысячи миль в час», — говорит доктор Эрншоу.

Эффект барьера не позволил бы звезде стать ярким источником рентгеновского излучения, за исключением тех случаев, когда магнитный барьер мог кратковременно колебаться, позволяя материалу скользить и падать на поверхность нейтронной звезды.

Это может быть еще одним возможным объяснением внезапного появления и исчезновения ULX-4. Если бы тот же источник снова загорелся, это могло бы поддержать предложенную гипотезу.

Hannah P. Earnshaw et al. 2019. A Broadband Look at the Old and New ULXs of NGC 6946. ApJ 881, 38; doi: 10.3847/1538-4357/ab20cd