За допомогою рентгенівського телескопа NASA, встановленого на Міжнародній космічній станції (МКС), астрономи “зважили” мертву зірку, що швидко обертається, яка є серцем найближчого до Землі мілісекундного пульсара.
Як і всі нейтронні зорі, пульсари народжуються, коли вмирають масивні зорі, але мілісекундні пульсари відрізняються тим, що вони обертаються сотні разів на секунду. Коли вони це роблять, пучки випромінювання і матерії вириваються з полюсів цих мертвих зірок і розлітаються по всесвіту, роблячи пульсари схожими на потужні “космічні маяки”.
Розташований на відстані близько 510 світлових років від Землі в сузір’ї Піктор, PSR J0437-4715 (PSR J0437) є найближчим прикладом мілісекундного пульсара до нашої Сонячної системи і найяскравішим прикладом такого об’єкта в нічному небі. PSR J0437 обертається 174 рази на секунду, а це означає, що кожні 5,75 мілісекунди він випромінює на Землю рентгенівські промені та радіохвилі. Ці імпульси настільки регулярні, що, як і інші пульсари, цей швидкий космічний маяк можна використовувати для відліку часу.
Тепер вчені знають, що нейтронна зірка, яка утворює PSR J0437, має ширину 22,5 км і масу, еквівалентну в 1,4 раза масі Сонця. Команда також виявила, що гарячі магнітні полюси нейтронної зірки зміщені, а не розташовані прямо один навпроти одного.
Щоб зібрати нові вимірювання PSR J0437, команда звернулася до дослідника внутрішнього складу нейтронних зірок NASA (NICER), який підключений до МКС. Вони обробили ці рентгенівські дані за допомогою методу “моделювання імпульсного профілю”, а потім створили симуляції PSR J0437 за допомогою нідерландського національного суперкомп’ютера Snellius.
“Раніше ми сподівалися, що зможемо точно розрахувати радіус. І було б чудово, якби ми змогли показати, що гарячі магнітні полюси не знаходяться прямо навпроти один одного на поверхні зірки, – говорить керівник команди Деварші Чоудхурі з Амстердамського університету. “І нам вдалося зробити і те, і інше!”
Коли у зірок, маса яких становить від восьми до двадцяти п’яти мас Сонця, закінчується паливо, після мільярдів років існування вони більше не можуть здійснювати ядерний синтез у своїх ядрах. Це не тільки відсікає більшу частину енергії, яку випромінює зірка, але й зупиняє потік радіаційного тиску назовні.
Протягом усього життя зорі цей радіаційний тиск підтримує її проти внутрішнього тиску власної гравітації. Це означає, що коли паливо вичерпується, зірка більше не може запобігти гравітаційному колапсу. Коли ядро руйнується, цей процес посилає ударні хвилі через зовнішні шари зорі, викликаючи вибух наднової, який вириває більшу частину маси зірки. Незалежно від початкової маси зорі, в результаті народиться нейтронна зірка з набагато вужчим діапазоном мас, від одного до двох разів більшим за масу Сонця.
Однак колапс цього вмираючого зоряного ядра зменшує ширину нейтронної зорі-попередниці приблизно до 20 км. Отже, речовина, з якої складається нейтронна зірка, настільки щільна, що 1 її кубічний см, доставлений на Землю, важив би 1 млрд т.
Існує ще один наслідок швидкого стискання зоряного ядра при народженні нейтронної зорі. Через збереження кутового моменту, зменшення радіуса призводить до збільшення швидкості обертання зоряного залишку. Нейтронні зірки, які утворюють пульсари, також можуть отримати додаткове прискорення від зірки-компаньйона. Коли нейтронна зірка і зірка-компаньйон знаходяться досить близько, перша може забирати речовину у другої. Ця зоряна речовина несе з собою кутовий момент, який ще більше збільшує швидкість обертання нейтронної зірки.
PSR J0437 цілком могла займатися таким зоряним канібалізмом у минулому, щоб досягти швидкості обертання 174 обертів на секунду. На користь цього свідчить той факт, що вона має багату на гелій білу карликову зірку-компаньйона з масою лише чверть маси Сонця, з якої, схоже, були видалені її зовнішні шари. Хоча багато вимірювань PSR J0437 підтвердили уявлення вчених про те, як формуються ці об’єкти, цей мілісекундний пульсар підніс один сюрприз. Маса PSR J0437 вказує команді на те, що максимальна маса нейтронних зірок може бути меншою, ніж передбачають деякі теорії.
“Це, своєю чергою, добре узгоджується з тим, що показують спостереження гравітаційних хвиль”, – сказала член команди і експерт з нейтронних зірок Амстердамського університету Анна Уоттс.
Дослідження команди було опубліковано в серії попередньо рецензованих статей на сайті репозитарію arXiv та в Astrophysical Journal.
Джерело: Space
