Нейтронные звёзды присвоили право на джеты

Circinus X-1 в рентгеновском диапазоне. Области с низкой энергией показаны красным цветом, со средней — зелёным, с высокой — синим (фото NASA/CXC/Univ. of Wisconsin-Madison/S.Heintz et al.).

Чёрные дыры – и сверхмассивные, и массой с обычную звезду — любят помахать своими джетами — об этом вы прекрасно знаете. Вдобавок этими самыми штуками они угрожающе испускают такое мощное гамма-излучение, что даже бывалые рентгенологи приходят в священный трепет.

Странный поток частиц – джет, выбрасывается странным объектом – чёрной дырой. Это кажется вполне логичным, тем более что поведение чёрных дыр определяется рядом свойственных только им характеристик. В частности, отсутствием поверхности и наличием горизонта событий – пространственно-временной границы, при попадании за которую объект не может передать ни вещество, ни информацию в окружающее пространство.

На такие парадоксальные особенности возлагались большие надежды, ибо благодаря им учёные надеялись объяснить возникновение джетов. Вот только оказалось, что чёрные дыры – не единственные обладатели права "пользоваться" джетами, так как выяснилось, что струи вещества могут источаться и другими объектами – как минимум, коричневыми карликами.

А теперь очередной удар по "чёрнодырной" природе джетов нанёс Circinus X-1 – рентгеновский объект, пребывающий на расстоянии в 20 тысяч световых лет в созвездии Циркуля.

Circinus X-1 представляет собой двойную систему, но не совсем обычную. Один её элемент – звезда, в несколько раз увесистее Солнца, второй – тоже звезда, но нейтронная. Они обращаются вокруг общего центра тяжести с периодом в 16,5 суток. Нейтронная звёзда, напомним, — это то, что остаётся после взрыва сверхновой. Внутри нейтронные звёзды состоят в основном из нейтронов, вплотную прижатых друг к другу, а снаружи покрыты твёрдой железно-никелевой корой. Размером нейтронная звёзда невелика; та, которая входит в систему Circinus X-1, является характерным примером: её диаметр всего около 20 километров.

Словом, такие объекты весьма необычны, и у них часто обнаруживаются разные занятные причуды типа дисков с пятнами и спагетти с ячменём.

В целом система Circinus X-1 по виду ничем не отличается от системы "звезда — чёрная дыра", кроме как размером. А так всё должно быть на своих местах: и джеты, и аккреционный диск, и "донорная" звезда (иллюстрация NASA/CXC/M.Weiss).

А очередное исследование Circinus X-1, которое проводилось с помощью космического рентгеновского телескопа Chandra, добавило в это меню ещё и джеты – именно их и обнаружил аппарат в этой системе. В результате стало очевидно, что джеты теперь больше не "закреплены" только лишь за чёрными дырами.

"Ключевая роль в формировании этих струй принадлежит гравитации, но никак не горизонту событий и прочим штукам" — сказал по этому поводу руководитель этого самого исследования Себастьян Хайнц (Sebastian Heinz), астроном из университета Висконсина-Мэдисона (University of Wisconsin-Madison).

Впрочем, это феноменальное открытие не заставило астрофизиков попадать со стульев: они ещё с 1971 года (даты открытия) присматриваются к Circinus X-1. Присутствие в этой системе как нейтронной звезды, так и джетов заподозрили там давно.

Однако всё это время астрономы воздерживались от чётких высказываний, так как, в общем-то, не было полной уверенности насчёт результатов наблюдений. Дело в том, что этот объект находится в весьма "неудобной" области – в самой густонаселённой части нашей Галактики, где много звёзд, пыли и газа, мешающих сделать однозначные выводы о наблюдениях. К тому же окончательный вердикт не давало сделать одно простое соображение: слишком уж малы нейтронные звёзды, чтобы как-то сравнивать их с чёрными дырами. Ведь если нейтронная звезда весит в среднем 1,4 Солнца, то чёрная дыра, например, живущая внутри галактики, вполне может иметь массу, превышающую солнечную во много миллионов раз.

Теперь же после ряда новых исследований учёные смело говорят о том, что творится в Circinus X-1. А происходит там практически то же, что и в системе с нормальным объектом и чёрной дырой. То есть "простая" звезда служит источником вещества, которое ворует сосед – в данном случае нейтронная звезда.

А дальше всё идёт своим чередом: материя "накручивается" вокруг нейтронной звезды, а затем выкидывается с огромной скоростью в джетах. В случае чёрных дыр при таком сценарии происходит превращение значительной доли вещества в энергию. Как оказалось, в случае нейтронной звезды Circinus X-1 также заметная часть вещества трансформируется в энергию.

Эти фотографии астронома Себастьяна Хайнца выложены на его сайте. Сделаны они, очевидно, в разных диапазонах. К счастью, за исключением рентгеновского — а то получилось бы очень страшное зрелище, которого не выдержал бы и самый закалённый астрофизик (фото с сайта astro.wisc.edu).

Интересно, что, по словам другого участника исследования Норберта Шульца (Norbert S. Schulz), астронома из Массачусетского технологического института (MIT), с точки зрения "эффективности" такого преобразования, джеты этой нейтронной звезды практически неотличимы от джетов чёрных дыр.

Вот только с одним из джетов что-то странное (насчёт второго ничего особенно не говорится, так как его, очевидно, не очень хорошо рассмотрели). Астрономы разглядели, что у него конфигурация имеет форму буквы V и состоит как бы из двух потоков протяжённостью порядка 5 световых лет, выходящих из одной точки под углом в 30 градусов.

Точно неизвестно, как такое получилось, но пара объяснений уже имеется. Согласно одной версии, эти две линии являются не джетами, а "стенками" более широкого джета. Но, скорее всего, причина в том, что он направлен под углом к оси вращения нейтронной звезды, в результате чего и получилось два "следа", оставленных в разное время одним и тем же джетом.

Если последняя версия верна, то перед нами, согласно результатам угловых измерений, — самый тонкий джет (также и относительно собственной длины) из известных астрономам. Что это даёт науке? Да ничего, только немного эстетики.

Заодно учёные смогли истолковать присутствие около Circinus X-1 облаков газа, излучающих рентген. Их можно объяснить наличием, опять-таки, джетов.

Обо всём этом учёные рассказали в статье, которая вот-вот выйдет в журнале Astrophysical Journal Letters. Резюмируя выводы исследования, Себастьян Хайнц сказал, что эта "машина" работает так же, как и чёрная дыра. Точнее, как её "карманная версия".