Пульсары застали за переходом в режим пропеллера

Международная группа астрофизиков, среди которых были учёные из Института космических исследований РАН, МФТИ и Пулковской обсерватории РАН, изучила очень быстрое угасание пульсаров (быстровращающихся нейтронных звёзд). Такое угасание после серии мощных вспышек называют переходом в режим пропеллера. Работа примечательна тем, что даёт первое в истории практическое подтверждение теоретического предсказания такого перехода, сделанного более сорока лет назад. Соответствующая статья опубликована в журнале Astronomy & Astrophysics.

Учёные с помощью рентгеновского космического телескопа Swift изучили пульсары 4U 0115+63 и V 0332+53, излучающие в рентгеновском диапазоне. Они принадлежат к особому типу источников — вспыхивающих рентгеновских пульсаров. Такие пульсары гаснут не плавно и линейно, а по слабо предсказуемой "траектории". Они то слабо светятся в рентгеновском диапазоне, то ярко вспыхивают, а временами и совсем пропадают. Столь неожиданные и странные переходы вызваны их магнитными полями и температурой окружающего нейтронные звезды вещества. 

Изученные пульсары излучают так нестабильно, потому что у каждого из них довольно необычная звезда-компаньон — экзотического класса Ве. Ве-звезда вращается вокруг своей оси настолько быстро, что периодически вдоль её экватора образуется огромный газовый диск. Газ начинает стремительно падать на нейтронную звезду. От этого интенсивность её излучения резко возрастает — происходит вспышка, которую легко наблюдать даже за миллиарды световых лет. Постепенно газовый диск Ве-звезды расходуется, падение газа на соседнюю нейтронную звезду замедляется. Из-за этого мощное магнитное поле нейтронной звезды уже способно отбрасывать падающий газ во все стороны. Что для наблюдателя с Земли выглядит несколько похоже на вращение гигантского пропеллера.

В новом исследовании российские учёные смогли измерить интенсивность излучения (светимость), ниже которой пульсар переходит в "режим пропеллера". В нём количество вещества, падающего на нейтронную звезду, намного меньше, чем в излучающем режиме. Светимость, которая сопровождает вход в этот режим, зависит от силы магнитного поля и от периода вращения пульсара. Последний составляет 3,6 секунды для 4U 0115+63 и 4,3 секунды для V 0332+53.

Опираясь на эти данные, учёные рассчитали напряжённость магнитного поля обеих нейтронных звёзд. Однако сила расчётного магнитного поля оказалась несколько не соответствующей наблюдаемому падению светимости пульсаров — ожидалось потускнение в 400 раз, а в реальности оказалось лишь в 200 раз.

Авторы предполагают, что возможная причина этого — тот факт, что нагретая вспышкой поверхность нейтронной звезды охлаждается и тем самым служит дополнительным источником излучения. Другая возможная причина — эффект пропеллера не может полностью заблокировать перетекание вещества от обычной звезды на нейтронную.