Когда звезда истощает свое ядерное топливо к концу своей жизни, она испытывает гравитационный коллапс и теряет свои внешние слои. Это приводит к великолепному взрыву, известному как сверхновая, который может привести к созданию черной дыры, пульсара или белого карлика. И, несмотря на десятилетия наблюдений и исследований, еще много ученых не знают об этом явлении.
К счастью, постоянные наблюдения и улучшенные инструменты приводят ко всем видам открытий, которые предлагают шансы для новых идей. Например, группа астрономов из Национальной радиоастрономической обсерватории (NRAO) и НАСА недавно наблюдала пульсар «пушечное ядро», удаляющийся от сверхновой, которая, как полагают, создала его. Эта находка уже дает представление о том, как пульсары могут набирать скорость от сверхновой.
Пульсар, обозначенный PSR J0002 + 6216 (J0002), расположен на расстоянии около 6500 световых лет от Земли. Первоначально он был обнаружен в 2017 году гражданскими учеными, работающими над проектом под названием [электронная почта защищена], который опирается на добровольцев для анализа данных с космического телескопа гамма-излучения НАСА Ферми (FGST). Этот проект до сих пор был ответственен за открытие 23 пульсаров.
Однако именно это открытие было особенно значительным. С тех пор, как он был впервые обнаружен, группа во главе с Фрэнком Шинзелем из Национальной радиоастрономической обсерватории (NRAO) провела последующие радионаблюдения с использованием очень большого массива Карла Дж. Янского (VLA) в Нью-Мексико. Они показали, что у пульсара был хвост потрясенных частиц и магнитной энергии, который простирался на 13 световых лет позади него.
Еще более интересным было то, что этот хвост указывал на центр остатка сверхновой, расположенного за 53 световыми годами позади него (CTB 1). Этот хвост был результатом быстрого движения пульсара через межзвездный газ, что привело к ударным волнам, которые производят магнитную энергию и ускоренные частицы в его следе. Как объяснил Шинзель в недавнем пресс-релизе НАСА:
«Благодаря его узкому, похожему на дротики хвосту и случайному углу обзора, мы можем проследить этот пульсар прямо до его места рождения. Дальнейшее изучение этого объекта поможет нам лучше понять, как эти взрывы способны «пнуть» нейтронные звезды на такую высокую скорость ».
Опираясь на данные Ферми, команда смогла измерить, как быстро и в каком направлении движется пульсар. Это было достигнуто с помощью метода, известного как «синхронизация пульсара», при котором для отслеживания движения используются гамма-всплески, возникающие при каждом вращении пульсара (в случае J0002, 8,7 раза в секунду).
Исходя из этого, команда определила, что J0002 движется со скоростью около 1125 км / с (700 м / с) или 4 млн. Км / ч (2,5 млн. Миль / ч). В прошлом ученые наблюдали, как пульсары движутся с высокой скоростью, но со средней скоростью, которая была примерно в пять раз медленнее - 240 км / с (150 м / с). Как объяснил Дейл Фрэйл (исследователь из NRAO, который был частью команды открытия):
«Обломки взрыва в остатке сверхновой первоначально расширялись быстрее, чем движение пульсара. Однако обломки замедлились из-за столкновения с тонким материалом в межзвездном пространстве, поэтому пульсар смог его догнать и обогнать ».
Команда также определила, что пульсар в конечном итоге догонит расширяющуюся оболочку, созданную сверхновой. Поначалу растущие осколки сверхновой двигались бы наружу быстрее, чем J0002, но примерно через 5000 тысяч лет взаимодействие оболочки с межзвездным газом постепенно замедляло его. К 10 000 лет, что сейчас видят астрономы, пульсар находился далеко за пределами оболочки.
В то время как астрономы давно знают, что пульсары могут получить удар скорости от взрывов сверхновых, которые их создают, им остается неясным, как это происходит. Возможное объяснение состоит в том, что нестабильность в коллапсирующей звезде могла привести к образованию плотной, медленно движущейся области вещества, которая начала тянуть нейтронную звезду вперед, постепенно ускоряя ее от центра взрыва.
«Этот пульсар движется достаточно быстро, чтобы в конечном итоге вырваться из нашей Галактики Млечный Путь», - сказал Фрайл. «Были предложены многочисленные механизмы для производства удара. То, что мы видим в PSR J0002 + 6216, подтверждает идею о том, что гидродинамические неустойчивости при взрыве сверхновой ответственны за высокую скорость этого пульсара ».
Заглядывая в будущее, команда планирует провести дополнительные наблюдения с использованием VLA, очень длинной базовой линии (VLBA) Национального научного фонда и рентгеновской обсерватории Чандра НАСА. Надеемся, что эти последующие действия дадут больше подсказок о том, как этот пульсар набрал такую большую скорость, что может иметь большое значение для раскрытия некоторых загадок, которые все еще окружают взрывы сверхновых.
Эти результаты были недавно представлены на 17-м заседании Американского астрономического общества, которое состоялось с 17 по 21 марта в Монтерее, штат Калифорния, на заседании Отделения астрофизики высоких энергий (HEAD). Они также являются предметом исследования, которое рассматривается для публикации в последнем выпуске Астрофизический Журнал Письма.
