Астрономы наблюдали рекордно жаркий танец космической «Черной вдовы»

Ученые обнаружили и исследовали рекордную систему из пульсара и звездного остатка. Экстремальная близость пульсара и компаньона вызывает мощный разогрев последнего, сопровождающийся сильным переменным оптическим излучением.

Астрономы наблюдали рекордно жаркий танец космической «Черной вдовы»
Пульсар в составе тесной двойной системы

Эволюция тесных двойных звездных систем изобилует драматическими событиями. Если жизненный путь одиночной звезды почти однозначно определяется ее массой, то в двойных системах — в зависимости от массы каждого компонента и расстояния между ними — возможно множество сценариев. Наиболее распространенный из них выглядит следующим образом.

Превращаясь в красный гигант, более массивная звезда расширяется в десятки раз и заполняет полость Роша — область, за пределами которой приливные силы компаньона превосходят ее собственную гравитацию. При этом вещество перетекает от гиганта к компаньону, отчего первый преждевременно превращается в белый карлик, а второй набирает массу. На этом этапе сейчас находится система Алголя, а в прошлом, возможно, это происходило в системе Сириуса.

Астрономы наблюдали рекордно жаркий танец космической «Черной вдовы»
Художественное изображение двойной системы на первом этапе переноса массы

Первое действие проходит относительно спокойно, но под занавес драма начинает все стремительнее набирать обороты. Прибавив в весе, вторая звезда ускоряет свою эволюцию, и вскоре тоже превращается в красный гигант. Тут уже наступает время преждевременно умершего первого компаньона пировать: белый карлик оттягивает на себя оболочку гиганта и сам начинает набирать массу.

Аккреция на компактные объекты сопровождается гораздо более бурными явлениями, чем на обычные звезды Главной последовательности. Время от времени стянутое с компаньона вещество, сжимаясь и разогреваясь на поверхности белого карлика, взрывается во вспышках новых, а если масса белого карлика достигает предела Чандрасекара, то он и сам взрывается, становясь сверхновой типа Ia. Чем меньше расстояние между компонентами, тем интенсивнее процессы обмена массой и вызванные им катастрофические явления. В особенно тесных системах второй компаньон может «отомстить», особенно если он является нейтронной звездой. Сокращая свою орбиту за счет приливного трения, он может оказаться внутри красного гиганта, превратив его в экзотический объект Ландау-Торна-Житков и приблизив его собственный конец.

Иногда красный гигант успевает сбросить оболочку до того, как нейтронная звезда, в которую превратился первый компаньон, погрузилась в самое его ядро. На некоторое время образовавшаяся сверх-тесная система из пульсара и остатка второй звезды обретает стабильность, но затем из-за эмиссии гравитационных волн орбита становится еще теснее. Пульсар начинает своими приливными силами пожирать то, что осталось от менее массивной звезды, и разрушать остаток жестким излучением. Недаром прообраз таких систем, PSR B1957+20, астрономы назвали «Черной вдовой». Период обращения в ней составляет всего девять часов — и это не предел.

Обычно системы типа «Черной вдовы» открывают по характерному рентгеновскому и гамма-излучению, испускаемому пульсаром. Ученые из Массачусетского технологического института во главе с Кевином Берджем (Kevin Burdge) занялись изучением оптического излучения уже известных систем, а также поиском новых объектов такого типа, и открыли самую экстремальную систему пульсара и поедаемого им компаньона из известных на сей день.

Период обращения в новооткрытой системе ZTF J1406+1222 составляет всего 62 минуты — стремительный вальс в сравнении с неторопливым девятичасовым променадом. Это быстрее теоретического предела для систем из нейтронной звезды и водородного остатка, и, следовательно, компаньон состоит из гелия либо более тяжелых элементов.

Когда-то компаньон ZTF J1406+1222 сам был звездой, но теперь от него осталось только плотное ядро, которое обращается вокруг пульсара примерно на таком же расстоянии, как Луна от Земли, и само лишь втрое превосходит диаметром нашу планету. Аккреция на нейтронные звезды высвобождает в несколько раз больше энергии, чем термоядерный синтез, и вся эта энергия излучается из области размером несколько сотен-тысяч километров. Сильнейшее жесткое излучение аккреционного диска и самого пульсара обрушивается на компаньон, разогревая его «дневную» сторону до 10 100 градусов Цельсия — почти вдвое горячее солнечной поверхности.

Обычно белые карлики или их остатки сами разогреты до нескольких тысяч градусов, и их поверхность сравнима по яркости с Солнцем. Но даже свет нашего светила не идет ни в какое сравнение с жаром близкого аккреционного диска. Кружась по орбите вокруг пульсара, остаток поворачивается к Земле то «дневной», то «ночной» стороной, что вызывает колебания его яркости в видимом свете в 13 раз — эти колебания астрономы и зафиксировали. Представьте: одну сторону нашего Солнца озарило нечто настолько яркое, что оно само стало проявлять фазы, как Луна.

По мнению ученых, со временем компаньон будет полностью разрушен жестким излучением и приливными силами пульсара. И на этом его яркая жизнь закончится: в отсутствие подпитки пульсары-вампиры всего за какие-то десятки миллионов лет замедляют свое бешеное вращение и становятся самыми обычными нейтронными звездами.

Автор: Иван Лавренов

Ссылка на источник