Нейтронные звезды - один из самых интересных астрономических объектов в известной Вселенной. Помимо того, что они являются самым плотным типом звезд (с возможным исключением звезд кварков), они также, как известно, образуют двойные пары с массивными звездами. На сегодняшний день обнаружено только 39 таких систем, и еще меньше было обнаружено, которые состояли из массивной звезды и гамма-нейтронной звезды с очень высокой энергией (VHE).
На сегодняшний день были обнаружены только две из этих систем, вторая из которых была открыта всего несколькими годами ранее группой международных астрономов, известной как коллаборационная система телескопа очень энергичных радиационных изображений (VERITAS). Помимо того, что это была редкая находка, открытию также очень повезло, поскольку необычное поведение, которое они наблюдали, исходящее из этой системы, не будет повторяться до 2067 года.
Проще говоря, нейтронные звезды - это плотные остатки звезды, которая взорвалась в сверхновой, оставляя после себя чрезвычайно плотный, компактный объект, который быстро вращается. Это заставляет нейтронную звезду генерировать мощные магнитные поля, которые фокусируют ее излучение в плотный луч, который выглядит как маяк, если смотреть на него с края. Когда эти лучи пересекаются с Землей, астрономы могут обнаружить эти импульсы на радио и других длинах волн.
Поскольку для массивных звезд характерно наличие двойных пар форм, неудивительно, что у некоторых пульсаров есть спутник на орбите, который выжил после того, как его партнер перешел в сверхновую. Для этих систем также характерно наличие мусорных дисков, на которые воздействует быстро вращающийся пульсар. Когда излучение сталкивается с осколками, оно создает заряженные частицы, которые могут быть ускорены почти до скорости света, что приводит к гамма-излучению с очень высокой энергией (VHE).
Используя четыре 12-метровых телескопа в обсерватории Фреда Лоуренса Уиппла, которой управляет Смитсоновская астрофизическая обсерватория (SAO), коллаборация VERITAS начала отслеживать то, что, как предполагалось, было системой гамма-излучений VHE еще в 2016 году. Этот источник расположен в огромном звездном питомнике на расстоянии около 5000 световых лет от Земли в направлении созвездия Лебедя.
С помощью команды астрономов, которые использовали два 17-метровых телескопа Большой атмосферной гамма-съемки Черенкова (MAGIC) (расположены в обсерватории Эль-Роке-де-Лос-Мучачос на Канарских островах), команда обнаружила, что у пульсара был массивный звездный спутник это вращалось вокруг этого каждые 50 лет на чрезвычайно эллиптической орбите. Обе команды также рассчитали, что звезды будут находиться в ближайших точках на их орбите к 13 ноября 2017 года, и не будут снова до 2067 года.
Директора коллаборации VERITAS ранее принимали участие вместе с другими астрономами для мониторинга этой системы до, во время и после ее ближайшего приближения. Используя четыре телескопа Фреда Лоуренса Уиппл обсерватории, они обнаружили гамма-излучение от чрезвычайно коротких вспышек черенковского излучения, которые появляются в небе, когда они поглощаются атмосферой Земли.
Первоначальные наблюдения, проведенные в 2016 году, выявили слабые гамма-излучения, которые соответствовали тому факту, что двойная система встроена в звездный питомник. «Это низкое постоянное излучение, скорее всего, происходит от туманности, которая постоянно работает от пульсара», - сказал Ральф Бёрд, исследователь из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, который играл ведущую роль в кампании VERITAS.
Поэтому ученые ждали, пока звезды достигнут ближайшей точки на своей орбите, чтобы увидеть, произойдут ли какие-либо изменения. По словам Алисии Лопес Орамас, исследователя из MAGIC в Институте астрофизики Канарских островов (IAC) и одного из соответствующих авторов исследования, «такая уникальная система должна излучать гамма-лучи очень высокой энергии во время этого подхода И эту возможность нельзя упустить ».
К сентябрю все начало резко меняться. Как сказал Тайлер Уильямсон, аспирант кафедры физики и астрономии Университета штата Делавэр и другой ключевой участник VERITAS, он сказал:
«Поток гамма-излучения, который мы наблюдали в сентябре, был вдвое больше предыдущего значения. Во время ближайшего сближения звезды и пульсара в ноябре 2017 года поток увеличился в 10 раз за одну ночь ».
Чтобы объяснить это поведение, команда подобрала теоретические модели, основанные на последних теориях о пульсарах, дисках из-под обломков и вытекающих из них выбросах. Это оказалось безуспешным, что привело их к заключению, что необходимы значительные пересмотры, которые включают лучшую информацию о встрече между двумя звездами.
Короче говоря, необходимы дополнительные наблюдения этой двоичной пары, прежде чем можно будет сделать правильное моделирование. Это неудивительно, поскольку эта система является всего лишь вторым случаем двойной системы пульсаров, в которой наблюдается гамма-излучение VHE. Тем не менее, наблюдения, собранные этими двумя группами, были неоценимы, учитывая, что все предыдущие объяснения о поведении гамма-лучевых пульсаров VHE были предположениями.
В ближайшие годы ученые планируют продолжать наблюдать этот и другие пульсары, чтобы отслеживать экзотическое поведение, исходящее от этого экстремального типа объекта. И если надлежащие модели могут быть разработаны для этой конкретной системы, это будет иметь огромную ценность для ученых, предлагая понимание рождения и эволюции компактных объектов - от пульсаров до двойных систем черной дыры.
Как сказал Уистан Бенбоу, астрофизик из CfA, «постоянные инвестиции в эксплуатацию уникальных, передовых средств, таких как VERITAS, имеют решающее значение и обеспечат дальнейшие возможности для достижения преобразующей науки».
Сотрудничество VERITAS - это группа из 80 ученых из 20 учреждений, расположенных в США, Канаде, Германии и Ирландии. Исследование, которое описывает их результаты, недавно появилось в Астрофизические Журнальные Письма, Обсерватория Фреда Лоуренса Уиппла управляется Смитсоновской астрофизической обсерваторией (САО).
