часть 3 из 4
см. часть 1 часть 2 часть 4

Нейтронные звёзды в звёздном ветре

Одним из неожиданных и интересных результатов, полученных обсерваторией, стало открытие нового класса рентгеновских источников, получивших название "поглощённых".

Рис. 4. Спектр первого поглощённого источника IGR J16318-4848, открытого обсерваторией Интеграл. Жёсткая часть спектра (E > 20 кэВ) получена с помощью телескопа IBIS обсерватории "Интеграл" (синие точки); спектр ниже 20 кэВ построен по данным обсерватории RXTE (красные точки). Ниже 10 кэВ излучение практически полностью поглощено, что и обусловило название для этого класса объектов.

В нашей Галактике ярчайшие источники рентгеновского излучения — это особый класс двойных звёздных систем, в которых один из компаньонов представляет собой обычную звезду, как наше Солнце, а второй компаньон — компактный объект: чёрную дыру или нейтронную звезду. Вещество с обычной звезды захватывается гравитационным полем компактного объекта и падает на него, выделяя при этом огромное количество энергии, вплоть до 10-50% от энергии покоя падающего вещества E = mc². При этом оно разогревается до температур в десятки и сотни миллионов градусов и становится мощным источником рентгеновского излучения. Сотни подобных объектов были открыты одним из первых специализированных рентгеновских спутников "Ухуру" (в переводе с суахили — "свобода", запущен в Кении) в 70-х гг. прошлого века. Однако источник IGR J16318-4848 (цифры, напоминающие телефонный номер, говорят о положении источника на небе), открытый обсерваторией, оказался совсем другим. В жёстких рентгеновских лучах это яркий источник, но чём ниже энергия фотонов, тем слабее он становится. В результате многочисленные наблюдения той же области неба спутниками, работающими в стандартном рентгеновском диапазоне (как, например, упомянутая выше обсерватория "Ухуру"), просто были не в состоянии обнаружить подобный объект. Весьма характерная форма спектра источника IGR J16318-4848 означает, что на низких энергиях излучение поглощено газом или пылью (рис.4). Вслед за первым "поглощённым" источником последовал второй, третий, и к настоящему времени обсерватория открыла уже более десятка представителей этого уникального класса объектов.

Природа рентгеновских источников

Природа источников стала понятна после исследования в широком диапазоне длин волн (от радио- до жёсткого рентгеновского диапазона). Было обнаружено, что рентгеновский поток большой части новых источников испытывает регулярные колебания с периодом в сотни секунд. То, что период таких колебаний с высокой точностью остаётся постоянным, указывает на то, что компактным объектом в двойной системе является нейтронная звезда с сильным магнитным полем (>10¹² Гс). Столь сильное поле заставляет вещество, падающее на нейтронную звезду и дающее рентгеновское излучение, собираться в трубки и каналы вблизи магнитных полюсов звезды. Вращение звезды приводит к наблюдаемым пульсациям. Принципиальным для решения вопроса о природе этих объектов является сильное поглощение. Новый класс источников, открытый обсерваторией, это, скорее всего, молодые звёздные системы, в которых масса обычной звезды во много раз превышает массу Солнца. Массивные звёзды обладают мощным звёздным ветром, истекающим с их поверхности и окружающим нейтронную звезду плотным слоем вещества, которое поглощает излучение (рис.5). На более высоких энергиях поглощение в звёздном ветре ослабевает и источник становится ярким.

Термоядерные реакции, протекающие в недрах звёзд, обеспечивают энергией и наше Солнце, и более массивные звёзды, но в них термоядерное горение происходит значительно более эффективно. Например, звезда, в 10 раз массивнее Солнца, каждую секунду производит в 10 тыс. раз больше энергии, чем Солнце. Очень массивные звёзды быстро расходуют свой запас термоядерного горючего и живут сравнительно недолго. То, что открытые обсерваторией источники входят в двойные системы с очень массивными звёздами, означает, что они образовались 10 млн. лет назад. Области Галактики, где наблюдается процесс интенсивного звездообразования, хорошо известны. Прежде всего, речь идёт о спиральных рукавах Галактики, где возмущения плотности, бегущие по газу, провоцируют неустойчивости, ведущие к формированию звёзд. Подобные рукава хорошо видны на снимках многих спиральных галактик, например, в галактике Туманность Андромеды. Сравнение карты рукавов нашей Галактики и распределения "поглощённых" источников действительно показало, что они тяготеют к галактическим рукавам. Это развеяло последние сомнения относительно того, что обсерватория обнаружила новую популяцию очень молодых и мощных рентгеновских источников, скрытых облаком звёздного ветра от телескопов, работающих на более низких энергиях.