Астрофизики: Нейтронная звезда с "нарывом" отбирает газ у соседа

Если нейтронная звезда "обирает" соседнюю обычную, то украденная материя скапливается в виде "горы", из-за которой звезда-"похититель" начинает вести себя весьма странно.

Польские и голландские астрофизики предложили объяснение странностям крайне экзотической системы PSR J1023+0038. В ней есть нейтронная звезда массой с Солнце, только диаметром в 70 000 раз меньше, и красный карлик. От нейтронной звезды идут то радиоволны, то рентгеновское излучение, хотя обычно такие объекты дают какой-то один из двух видов излучения. Причиной может быть "гора" на поверхности звезды, сложенная из заимствованного у карлика-соседа материала. Соответствующая статья направлена на публикацию в Physical Review Letters, а с её текстом можно ознакомиться на сервере препринтов Корнелльского университета.

Нейтронная звезда J1023 вращается со скоростью 592 оборота в секунду, что для объекта диаметром 20 километров довольно быстро. По расчётам, она должна замедляться на 76 оборотов каждый миллиард лет. Но даже за краткое время астрономических наблюдений стало заметно, что реальный темп замедления выше. Кроме того, она почему-то переключается из режима рентгеновского пульсара в режим радиопульсара и обратно. Это действительно необычно. По текущим представлениям, такое переключение может случиться лишь однажды, потому что для этих двух режимов требуется разная скорость вращения звезды и разные внешние условия.

Авторы новой работы выдвинули гипотезу, что наблюдаемые аномалии объясняются "горой" на поверхности нейтронной звезды. J1023 "ворует" вещество своей звезды-компаньона — красного карлика массой в 0,2 солнечной. Падающее на нейтронную звезду вещество может скапливаться в точке падения и уплотнять собой кору тела в данном месте. Кора нейтронных звёзд состоит из экзотических атомов, у которых очень много нейтронов. По мере наслоения над ними "горы" атомы под её давлением будут захватывать ещё больше нейтронов, и в этой точке плотность вещества коры начнёт нарастать.

Сама "гора" может иметь высоту в считаные миллиметры, поскольку гравитация на поверхности таких тел до 20 миллиардов раз сильнее земной. Поэтому хотя прочность коры в 10 миллиардов раз выше, чем у стали, высокие горы там образоваться не могут — они "растекаются" под действием огромной силы тяжести. Тем не менее даже такая низкая"гора" плюс уплотнённое вещество под ней создают более значительную силу тяжести в районе возвышенности. Из-за крайне быстрого вращения (у J1023 оно в 50 миллионов раз быстрее Земли при в тысячи раз меньших размерах) этих неоднородностей в гравитационном поле хватает для создания гравитационных волн.

Астрофизики предлагают попробовать обнаружить такие волны с помощью будущих детекторов, подобных LIGO. Если это удастся, станет ясно, почему нейтронные звезды типа J1023 замедляются быстрее расчётного времени: гравитационные волны уносят много энергии от излучающего их объекта. Кроме того, теория "горы" хорошо объясняет переключение J1023 между состояниями радиопульсара и рентгеновского пульсара. Материя с красного карлика падает на нейтронную звезду неравномерно. Когда падает больше вещества, падающий газ сильно разогрет и излучает в рентгене. Когда газов меньше, нейтронная звезда становится радиопульсаром. Радиопульсар испускает радиоволны, энергия которых много меньше, чем у более коротких рентгеновских.