Рентгеновская обсерватория XRISM раскрыла тайну мощных вспышек в двойной системе BP Crucis

Группа астрономов под руководством Рои Рахина из Мэрилендского университета и Центра космических полетов имени Годдарда, используя данные японской рентгеновской обсерватории XRISM, впервые напрямую увидела, как мощный поток вещества от гигантской звезды захватывается ее компактным соседом — нейтронной звездой. Это открытие, опубликованное в журнале Science Advances, объясняет природу ярких рентгеновских вспышек в двойной системе BP Crucis и показывает, как вещество звездного ветра падает на поверхность пульсара.

В созвездии Южный Крест, на расстоянии около 13 тысяч световых лет от нас, происходит космический спектакль, который астрономы пытались разгадать десятилетиями. Там рядом друг с другом живут две совершенно непохожие звезды: одна голубой гипергигант, в 40 раз массивнее Солнца и в 60 раз крупнее, а вторая  — пульсар, крошечный, но невероятно плотный остаток погибшей звезды. Эта пара устроена так, что гигант постоянно теряет вещество, а его маленький сосед ловит этот поток и вспыхивает ярким рентгеновским светом. Теперь у ученых появились первые четкие доказательства того, как именно это происходит.

Голубой гипергигант Wray 977 настолько горяч и ярок, что его излучение буквально вырывает газ из верхних слоев звезды. Этот непрерывный поток ионизированного газа, который астрономы называют звездным ветром, устремляется в окружающее пространство. Его сосед, нейтронная звезда GX 301-2, которая представляет собой сжатое до предела ядро когда-то взорвавшейся звезды. При массе больше солнечной она имеет диаметр всего около 20 километров. Эта нейтронная звезда вращается каждые 11 минут и посылает в сторону Земли узкий луч рентгеновского излучения, за что и получила название пульсара.

Нейтронная звезда обращается вокруг гипергиганта за 41,5 дня. Дважды за этот период, когда она оказывается ближе всего к звезде и когда удаляется на максимальное расстояние, в системе происходят мощные рентгеновские вспышки, длящиеся несколько дней. Ученые предполагают, что притяжение пульсара создает особенно плотный поток плазмы, и когда нейтронная звезда проходит сквозь него, она захватывает часть вещества. Самые сильные вспышки случаются вблизи звезды, где этот поток наиболее плотный.

Первого февраля 2025 года исследователи направили на эту систему обсерваторию XRISM ((X-ray Imaging and Spectroscopy Mission), и наблюдали за ней около 16 часов near окончания одной из таких мощных вспышек. Прибор Resolve, совместно разработанный NASA и Японским агентством аэрокосмических исследований, получил исключительно детальные рентгеновские спектры. В них ученые увидели быстро меняющиеся линии излучения и поглощения. Особенно важными оказались линии поглощения высокоионизированного железа, которые позволили определить скорость и направление движения плазмы в непосредственной близости от пульсара.

Анализ показал, что линии поглощения железа смещены в сторону более низких энергий по сравнению с тем, какими они были бы в лабораторных условиях. Это смещение, называемое красным, указывает на движение газа от наблюдателя, то есть по направлению к пульсару. Величина смещения позволила вычислить скорость плазмы — около 540 тысяч километров в час (150 км/с).

Исследователи предложили следующую картину происходящего. Когда пульсар входит в поток вещества, он сметает газ в плотный, неупорядоченный и турбулентный диск. Этот газ по спирали опускается к нейтронной звезде, нагревается и излучает рентгеновские лучи, питающие вспышки. По мере продвижения пульсара вглубь потока турбулентный диск разрушается.

Ученые полагают, что когда пульсар движется более прямо в потоке, у вещества уже нет нужного вращательного момента, чтобы поддерживать диск. После его исчезновения плазма течет прямо на нейтронную звезду. Наблюдения XRISM пришлись как раз вблизи завершения этой фазы. Затем, когда пульсар приближается к концу потока, ненадолго возвращается неупорядоченный диск, но теперь вращающийся в противоположную сторону, и тоже исчезает, когда пульсар покидает поток. Весь проход через поток занимает около четырех дней.

Брайан Уильямс, научный руководитель миссии в Центре Годдарда, отметил, что система BP Crucis является идеальной лабораторией для изучения аккреции, питаемой звездным ветром, а чувствительный спектрометр Resolve на XRISM — идеальным инструментом для продвижения нашего понимания этих процессов.

В результате исследования впервые получены прямые наблюдательные свидетельства того, как вещество звездного ветра от голубого гипергиганта захватывается нейтронной звездой и служит источником энергии для мощных рентгеновских вспышек. Ученые измерили скорость падающей плазмы и проследили, как меняется характер ее движения вблизи пульсара, от формирования турбулентного диска до прямого падения на нейтронную звезду. Эти данные не только объясняют поведение конкретной системы BP Crucis, но и дают ключ к пониманию аналогичных процессов во всей Вселенной, где компактные объекты перехватывают вещество своих массивных соседей.

Присоединяйтесь к нам в соцсетях