Пульсары - это быстро вращающиеся трупы массивных звезд. Одна из таких загадок: почему у пульсаров горячие точки вокруг полюсов? Новые данные рентгеновской обсерватории ESA XMM-Newton поставили под сомнение теорию о том, что заряженные частицы сталкиваются с поверхностью пульсара на его полюсах. XMM-Newton не смог увидеть рентгеновское излучение в нескольких старых пульсарах, которые должны были быть очень яркими, если бы частицы постоянно сталкивались.
Сверхчувствительность рентгеновской обсерватории ESA XMM-Newton показала, что преобладающая теория о том, как звездные трупы, известные как пульсары, генерируют свои рентгеновские лучи, нуждается в пересмотре. В частности, энергия, необходимая для генерации горячих точек миллионного градуса, наблюдаемых на охлаждающих нейтронных звездах, может поступать преимущественно изнутри пульсара, а не снаружи.
Тридцать девять лет назад астрономы из Кембриджа Джоселин Белл-Бернелл и Энтони Хьюиш обнаружили пульсары. Эти небесные объекты являются сильно намагниченными вращающимися ядрами мертвых звезд, каждое из которых имеет в диаметре всего 20 километров, но в них приблизительно в 1,4 раза больше массы Солнца. Даже сегодня они сбивают с толку астрономов по всему миру.
«Теория о том, как пульсары излучают свое излучение, все еще находится в зачаточном состоянии, даже после почти сорока лет работы», - говорит Вернер Беккер, Институт Макса Планка по изучению инопланетян, Гархинг, Германия. Есть много моделей, но нет принятой теории. Теперь, благодаря новым наблюдениям XMM-Ньютона, Беккер и его коллеги, возможно, нашли важную часть головоломки, которая поможет теоретикам объяснить, почему охлаждающие нейтронные звезды имеют горячие точки в своих полярных регионах.
Нейтронные звезды образуются с температурой более миллиарда (1012 К) градусов при коллапсе массивных звезд. Как только они рождаются, они начинают остывать. То, как они охлаждаются, должно зависеть от физических свойств сверхплотной материи внутри них.
Наблюдения с предыдущими рентгеновскими спутниками показали, что рентгеновские лучи от остывающих нейтронных звезд поступают из трех областей пульсара. Во-первых, вся поверхность настолько горячая, что испускает рентгеновские лучи. Во-вторых, в магнитном окружении пульсара есть заряженные частицы, которые также излучают рентгеновские лучи, когда они движутся наружу вдоль линий магнитного поля. В-третьих, что особенно важно для этого последнего исследования, молодые пульсары показывают рентгеновские точки на своих полюсах.
До сих пор астрономы считали, что горячие точки возникают, когда заряженные частицы сталкиваются с поверхностью пульсара на полюсах. Однако последние результаты XMM-Newton поставили под сомнение эту точку зрения.
XMM-Newton сделал детальные снимки рентгеновского излучения пяти пульсаров, каждому из которых было до нескольких миллионов лет. «Ни один другой рентгеновский спутник не может выполнить эту работу. Только XMM-Newton способен наблюдать детали своего рентгеновского излучения », - говорит Беккер. Он и его сотрудники не нашли никаких свидетельств ни о поверхностном излучении, ни о полярных горячих точках, хотя они видели излучение от движущихся наружу частиц.
Отсутствие поверхностного излучения не удивительно. За несколько миллионов лет с момента их рождения эти пульсары охладились с миллиардов градусов до гораздо менее 500 000 градусов по Цельсию, что означает, что их рентгеновское излучение по всей поверхности исчезло из поля зрения.
Однако отсутствие полярных горячих точек в старых пульсарах является большим сюрпризом и показывает, что нагрев полярных областей поверхности путем бомбардировки частицами недостаточно эффективен для получения значительного теплового рентгеновского компонента. «В случае трехмиллионного пульсара PSR B1929 + 10 вклад любой нагретой полярной области составляет менее семи процентов от общего зарегистрированного потока рентгеновского излучения», - говорит Беккер.
Кажется, что общепринятая точка зрения - не единственный способ взглянуть на проблему. Альтернативная теория состоит в том, что тепло, захваченное в пульсаре с момента его рождения, будет направляться к полюсам интенсивным магнитным полем внутри пульсара. Это потому, что тепло переносится на электроны, которые электрически заряжены и поэтому будут направляться магнитными полями.
Это означает, что полярные горячие точки в более молодых пульсарах возникают преимущественно из-за тепла внутри пульсара, а не из-за столкновения частиц снаружи пульсара. Поэтому они будут исчезать из поля зрения так же, как излучение по всей поверхности. «Эта точка зрения все еще обсуждается, но очень поддерживается новыми наблюдениями XMM-Ньютона», - говорит Беккер.
Спустя почти сорок лет после открытия пульсаров, кажется, что у старых пульсаров все еще есть новые уловки, чтобы преподавать астрономам.
Источник: ESA News Release
