«Двигателями» невероятно ярких пульсаров-монстров могут быть нейтронные звезды

Москва, 10:43, 09 Сен 2016, редакция FTimes.ru, автор Сергей Кузнецов.

Центральным источником энергии у загадочных пульсирующих ультраярких рентгеновских источников (ULX) может быть нейтронная звезда. К такому выводу японских ученых привели данные численного моделирования.

Ранее считалось, что ULX — удивительно яркие рентгеновские источники, которые питаются черными дырами. Но в 2014 году рентгеновский космический телескоп NuSTAR обнаружил неожиданные периодические импульсные выбросы в ULX M82 X-2. Открытие этого объекта под названием «ULX-Пульсар» озадачило астрофизиков. Черные дыры могут обеспечить энергию, необходимую для создания ULX, но не в состоянии производить импульсные выбросы. В отличие от черных дыр, «пульсары», своего рода нейтронные звезды, создают импульсные выбросы, но они гораздо слабее, чем ULX. Новая теория объясняет это явление как «ULX-Пульсар».

ULX созданы объектами с помощью сильной гравитации, аккрецирующих газ из звезды-компаньона. Когда газ попадает на объект, он сталкивается с другими газами. Эти столкновения нагревают газ, пока он не становится достаточно горячим, чтобы начать светиться. Фотоны (в этом случае рентгеновские лучи), испускаемые светящимся газом, наблюдают земные астрономы. Но так как фотоны летят от центра, они двигаются против входящего газа, замедляя его потоки в сторону центра. Эта сила называется радиационной силой давления. Когда газ попадает на объект, он становится жарче и ярче, но если он делается слишком ярким, световое давление замедляет падающий газ настолько, что это создает «пробку». Такая пробка ограничивает скорость, с которой новый газ может добавить дополнительную энергию в систему и не дает ему разгореться ярче. Этот верхний предел светимости, в которых световое давление уравновешивает гравитационную силу, называется светимостью Эддингтона.

Светимость Эддингтона определяется массой объекта. Поскольку пульсары имеют массу в сотни тысяч раз меньше, чем черные дыры, считается, что их светимость Эддингтона гораздо ниже, чем у яркого ULX. Но профессор Кавашима и его команда заинтересовались, существует ли способ для пульсаров избежать пробок, вызванных светимостью Эддингтона.

Для того чтобы решить тайну ULX-Пульсара, ученые провели компьютерное моделирование, чтобы увидеть, есть ли какой-то способ у аккреционных потоков газа течь свободно, без пробок, и стать в сотни раз ярче, чем светимость Эддингтона. С помощью суперкомпьютера НАОЯ «ATERUI» была изучена радиационно-гидродинамическая модель сверхкритической аккреции на нейтронных звездах.

Ученые обнаружили, что превзойти светимость Эддинтона для падающего газа действительно возможно. В их модели аккрецирующий газ образует фронт ударной волны вблизи нейтронной звезды, в котором огромное количество кинетической энергии падающего газа преобразуется в тепловую энергию. Газ под ударной поверхностью быстро нагревается за счет этой энергии и излучает огромное количество фотонов. Но вместо обычного движения в противоположную сторону к падающему газу, фотоны направлены по сторонам потока. Это означает отсутствие пробок и большее количество газа, которое может упасть на объект.

Модель команды НАОЯ объясняет наблюдаемые характеристики ULX-Пульсара следующим образом — высокая светимость и направленные пучки фотонов будут появляться на мгновение, по мере вращения нейтронной звезды. Впервые ученым удалось  поддержать идею, что центральным двигателем ULX-Пульсара является нейтронная звезда.