Прилад NICER, встановлений на Міжнародній космічній станції, виявив зіркову систему, в якій дві зірки обертаються один навколо одного за 38 хвилин на відстані меншій, ніж від Землі до Місяця. Розберемося в тому, як відбувалося це відкриття і яка фізика процесів, що забезпечила появу такого незвичайного небесного тіла.
Наприкінці свого життєвого циклу зірка, яка досить масивна, щоб вибухнути, але недостатньо величезна, щоб перетворитися на чорну діру, залишає після себе розпечене надщільне ядро, в якому все настільки щільно упаковано, що електрони втискаються в протони, утворюючи нейтрони. Ми називаємо такі зірки нейтронними - зараз їх відомо всього близько трьохсот, але це найважливіші природні лабораторії з вивчення всіх процесів з приставкою «над-»: надплинності, надпровідності, надвисоких температур і надсильних магнітних полів. Природно, якщо якась із нейтронних зірок виявляється незвичайною, її вивчають ще більш пильно.
Об'єкт IGR J17062-6143 був виявлений групою вчених під керівництвом Євгена Чуразова в 2007 році - космічна обсерваторія Європейського Космічного агентства INTEGRAL відкрила цілий розсип нових цікавих джерел рентгенівського і гамма-випромінювання, в тому числі і це джерело змінної світності. До речі, лякаюче-абстрактні назви об'єктів позначають всього лише прилад, на якому було зроблено відкриття: у нашому випадку IGR - це «ІНТЕГРАЛ», а далі йдуть приблизні координати: пряме сходження 17.200 6'20 «» і схиляння -61.200 43. Подальші спостереження за допомогою орбітальних телескопів, що працюють в жорсткому діапазоні електромагнітного спектра, таких як Swift, NuSTAR, Chandra і XMM-Newton, підтвердили, що виявлений новий пульсар - тобто нейтронна зірка, з якою, як промінь світла з маяка, б'ють два «прожектори» рентгенівського випромінювання.
Для того щоб пояснити природу цього прожектора, необхідно сказати, що приблизно половина зірок в Галактиці є подвійними - вони гравітаційно пов'язані і обертаються один навколо одного. Зірки різних мас еволюціонують з різною швидкістю, і коли одна зірка вже догоріла і вибухнула, залишивши після себе щільне ядро, яке ми називаємо нейтронною зіркою, інша все ще може спокійно горіти. Якщо ці зірки не дуже далекі один від одного, то нейтронна зірка почне перетягувати на себе частину зовнішньої оболонки зірки-сусіда. Ця речовина, закручуючись у плаский акреційний диск, буде повільно наближатися до нейтронної зірки, постійно нагріваючись за рахунок тертя частинок один про одного. Як ми вже говорили, у нейтронної зірки найсильніші магнітні поля (в мільярди разів сильніше земного). Ці поля не дадуть речовині просто впасти на поверхню - вони підхоплюють її і несуть уздовж магнітних ліній, які, як і на нашій планеті, виходять з поверхні зірки на її полюсах.
У підсумку весь водень, гелій та інші елементи, «вкрадені» у зірки-донора, подорожують поблизу поверхні нейтронної зірки, будучи «вмороженими» в магнітні поля, поки не досягнуть полюсів. Там речовина, нарешті, на величезній швидкості врізається в поверхню зірки, виділяючи гігантську енергію. Гігантську настільки, що максимум випромінювання припадає не на інфрачервоний, видимий або навіть ультрафіолетовий діапазон спектру, а на рентгенівське і гамма-випромінювання. Саме ці викиди і реєструють космічні обсерваторії. Кількість виділеної на полюсах енергії майже не змінюється в часі, але магнітний полюс не зобов'язаний збігатися з полюсом обертання (у Землі Південний магнітний полюс зараз знаходиться десь в Канаді і дрейфує в бік Сибіру), тому по мірі обертання нейтронної зірки ми то бачимо рентгенівське випромінювання, то ні. Період цього «миготіння», який, звичайно ж, збігається з періодом обертання зірки, - це одна з найважливіших характеристик пульсара.
Рентгенівський детектор NICER, який у 2017 році встановили на зовнішній поверхні МКС, зміг кілька місяців спостерігати об'єкт J1706 (навіть вчені кривляться від великої кількості цифр і воліють скорочувати повні імена до таких прізвиськ) і не тільки встановив точну частоту обертання пульсара (163,6 обороту в секунду), але і помітив періодичну зміну часу приходу сигналу до нас. Зробив він це за допомогою приладу, який кожен з нас використовує по кілька разів на день, - до гамма-детектора підключений звичайний GPS-датчик, що передає йому сигнали точного часу. Враховуючи, що пульсари - це одні з найбільш стабільних і постійних об'єктів у Всесвіті, які пропонується в майбутньому використовувати в якості «опорних маяків» при подорожах до інших зірок, така вільна поведінка його частоти збентежує. Єдиним науковим поясненням буде рух пульсара по орбіті навколо іншого об'єкта - тоді сигнал від пульсара в дальній точці орбіти буде йти до нас довше, ніж сигнал з ближньої точки, що повністю вкладається в спостережувані зрушення сигналу. Параметри зміщення сигналу дали приблизні характеристики другого об'єкта - це маломасивна зірка, яка знаходиться дуже недалеко від пульсара. Маломасивна настільки, що розглянути її в телескоп і визначити її характеристики неможливо.
Вихід запропонувала група вчених під керівництвом Тода Строхмаєра з центру космічних польотів Годдарда NASA - вони провели чисельне моделювання, підставляючи всі можливі параметри обох зірок: орбіти, маси, відстані, поки розрахункові зміни сигналів пульсара не збіглися з спостережуваними. Результат моделювання, незважаючи на закладену в модель складну фізику, яка враховувала, в тому числі, поправки загальної теорії відносності, виявився вкрай переконливим - всі непрямі ознаки вказували на дуже вузький діапазон параметрів, які не суперечили результатам минулих спостережень цієї «солодкої парочки». Маса пульсара виявилася досить стандартною, приблизно 1,2-2 сонячних, маса зірки-донора - трохи менше звичайного, всього 6 тисячних сонячної, тобто це навіть не повноцінна зірка, всередині неї не йдуть термоядерні реакції, вона занадто легка для цього. Швидше за все, вибух, який призвів до появи пульсара, здув з неї зовнішній шар водню, значно зменшивши масу. Такі зірки називаються білими карликами, і їхня доля - повільно остигати до кінця життя Всесвіту.
Непрямим підтвердженням цього стало додаткове вивчення пульсара - космічна обсерваторія Swift реєструвала раптові і неперіодичні викиди гамма-випромінювання. Ці рідкісні спалахи в дуже жорсткій частині спектру, які тривають кілька хвилин, можна пояснити тільки швидким (швидше навіть вибуховим) горінням гелію на поверхні нейтронної зірки. Взятися там гелій може тільки з поверхні зірки-компаньйона. Але почекайте, адже гелій утворюється в ядрах зірок - для його появи потрібні температура і тиску, яких просто не може бути на поверхні! Значить, вибух, який здув верхній шар зірки, був таким потужним, що викинув весь водень зірки в космічний простір, оголивши гелієве ядро. За сучасними уявленнями, у звичайної зірки приблизно сонячної маси гелієве ядро і повинно становити близько 0,8 відсотка маси зірки. Кількість речовини, яка перетікає з цього карлика на пульсар, теж не дуже велика за космічними мірками - 49 квадрильйонів тонн гелію на рік, однак цього цілком достатньо, щоб він світив настільки яскраво, що ми його помітили з відстані в 240 тисяч світлових років.
Дивовижний результат, який відразу зацікавив вчених і який вони опублікували в журналі, - це дуже короткий період звернення зірок один навколо одного, всього 38 хвилин. Ви ще не догледіли свій улюблений ситком, а дві величезні зірки вже зробили повне коло по орбіті. Орбіті дуже невеликий - всього 300 000 кілометрів, тобто обидві зірки спокійно оберталися б у просторі між Місяцем і Землею. Це, мабуть, заворожуюче видовище. Однак, перш ніж перепостити цю новину у себе на стіні зі словами "як же красиво виглядали б на вечірньому небі сонце, що заходить, луна і пульсар разом з карликом ", подумайте, чи хотіли б ви жити в околицях зліплячої гори нейтронів розміром з місто, на якій періодично відбуваються катаклізмічні «зоретрясіння», а маленький білий карлик ще й підгодовує його своєю речовиною, провокуючи того викидати з себе прожектор випопеляючого рентгенівського випромінювання, яке вбиває все живе, чиркая по нашій планеті 163,6 рази в секунду.