Таинственный космический «паук» оказался источником мощного гамма-излучения

Исследованная телескопом SOAR двойная звездная система является первой обнаруженной на предпоследней стадии своей эволюции.

Используя 4,1-метровый телескоп SOAR в Чили, астрономы обнаружили первый пример двойной системы, в которой звезда, находящаяся в процессе превращения в белый карлик, вращается вокруг нейтронной звезды, которая только что закончила превращаться в быстро вращающийся пульсар.

Пара, первоначально обнаруженная космическим гамма-телескопом Ферми, является «недостающим звеном» в эволюции таких двойных систем.

Было обнаружено, что ярким загадочным источником гамма-лучей является быстро вращающаяся нейтронная звезда, получившая название миллисекундного пульсара, которая вращается вокруг звезды, переходящей в процессе эволюции в белый карлик с чрезвычайно малой массой. Эти типы двойных систем астрономы называют «пауками», потому что пульсар имеет тенденцию «съедать» внешние части звезды-компаньона, которая превращается в белого карлика.

Этот дуэт был обнаружен астрономами с помощью 4,1-метрового телескопа SOAR на Серро-Пачоне в Чили, входящего в состав Межамериканской обсерватории Серро-Тололо (CTIO), программы NSF NOIRLab.

Космический гамма-телескоп Ферми NASA с момента своего запуска в 2008 году каталогизирует объекты во Вселенной, излучающие обильное гамма-излучение, но не все обнаруженные им источники гамма-излучения были классифицированы. Один из таких источников, названный астрономами 4FGL J1120.0-2204, был вторым по яркости источником гамма-излучения на всем небе, который до сих пор оставался неопознанным.

Астрономы использовали спектрограф Гудмана на телескопе SOAR, чтобы определить , что представляет 4FGL J1120.0-2204. Было показано, что источник гамма-излучения, который также испускает рентгеновские лучи, наблюдаемый космическими телескопами Swift и XMM-Newton, представляет собой двойную систему, состоящую из «миллисекундного пульсара», который вращается сотни раз в секунду, и предшественника чрезвычайно маломассивного белого карлика. Пара находится на расстоянии более 2600 световых лет от нас.

Оптический спектр двойной системы, измеренный спектрографом Гудмана, показал, что свет от компаньона-протобелого карлика имеет доплеровский сдвиг — попеременно смещается в красный и синий — что указывает на то, что он вращается вокруг компактной массивной нейтронной звезды каждые 15 часов.

«Спектры также позволили нам ограничить приблизительную температуру и поверхностную гравитацию звезды-компаньона», — говорят ученые. Это позволило им определить, что компаньон является предшественником белого карлика с чрезвычайно малой массой, с температурой поверхности 8200 ° C и массой всего 17% от массы Солнца.

Когда звезда с массой, подобной массе Солнца или меньше, достигает конца своей жизни, у нее заканчивается водород, используемый для подпитки процессов ядерного синтеза в ее ядре.

На какое-то время гелий берет верх над звездой и питает ее, заставляя ее сжиматься и нагреваться, а также побуждая ее расширяться и превращаться в красного гиганта размером в сотни миллионов километров. В конце концов, внешние слои этой набухшей звезды могут аккрецироваться на компаньона и ядерный синтез останавливается, оставляя после себя белого карлика размером с Землю, при температурах, превышающих 100 000 ° C.

Протобелый карлик в системе 4FGL J1120.0-2204 еще не закончил свое развитие. «В настоящее время он раздут и примерно в пять раз больше по радиусу, чем обычные белые карлики с такими же массами», — говорят астрономы. «Он будет продолжать остывать и сжиматься, и примерно через два миллиарда лет он будет выглядеть идентично многим белым карликам с малой массой, о которых мы уже знаем».

Миллисекундные пульсары вращаются сотни раз каждую секунду. Они раскручиваются за счет аккреции материи компаньона, в данном случае от звезды, которая стала белым карликом. Большинство миллисекундных пульсаров излучают гамма-лучи и рентгеновские лучи, часто когда пульсарный ветер, представляющий собой поток заряженных частиц, исходящих от вращающейся нейтронной звезды, сталкивается с веществом, испускаемым звездой-компаньоном.

Известно около 80 чрезвычайно маломассивных белых карликов, но «это первый предшественник обнаруженного чрезвычайно маломассивного белого карлика, который, вероятно, вращается вокруг нейтронной звезды», — говорят ученые. Следовательно, 4FGL J1120.0-2204 представляет собой уникальный взгляд на завершающую часть этого процесса развития. Все другие открытые двойные системы белый карлик-пульсар давно прошли такую стадию.