«То, что мы видим, — это звезда, которая является космическим эквивалентом« доктора Джекила и мистера Хайда », обладающая способностью с поразительной скоростью переходить из одной формы в более интенсивную», — сказал Скотт Рэнсом, астроном из Национальная радиоастрономическая обсерватория (NRAO) в Шарлоттсвилле, штат Вирджиния. "Хотя мы знали, что рентгеновские двойные системы — некоторые из которых наблюдаются как рентгеновские пульсары — могут эволюционировать в течение миллионов лет, чтобы стать быстро вращающимися радиопульсарами, мы были удивлены, обнаружив одну, которая, казалось, так быстро колебалась между ними ».Нейтронные звезды — это сверхплотные остатки массивных звезд, которые взорвались как сверхновые. Эта конкретная нейтронная звезда, получившая название IGR J18245-2452, расположена примерно в 18 000 световых лет от Земли в созвездии Стрельца в скоплении звезд, известном как M28. Впервые он был идентифицирован как миллисекундный радиопульсар в 2005 году с помощью телескопа Роберта С. Берда-Грин-Бэнк (GBT) Национального научного фонда, а затем был повторно открыт как рентгеновский пульсар другой группой астрономов в 2013 году.
Обе команды в конечном итоге поняли, что они наблюдали один и тот же объект, хотя он вел себя по-разному в зависимости от того, когда его наблюдали. Дополнительные наблюдения и архивные данные с других телескопов подтвердили повторяющийся цикл рентгеновских и радиопульсаций.«Различные наблюдения одной конкретной звезды на протяжении многих лет и с помощью разных телескопов показали совершенно разные вещи — в один момент пульсар, а другой — двойную рентгеновскую», — сказал Алессандро Папитто из Института космических наук (Consejo Superior de Investigaciones C Scientificas — Institut d’Estudis Espacials de Catalunya) в Барселоне, Испания, и ведущий автор статьи, опубликованной в журнале Nature. «Это было особенно интригующе, потому что радиоимпульсы не исходят от рентгеновской двойной системы, а источник рентгеновского излучения должен исчезнуть задолго до появления радиосигналов».
Ответ на эту загадку был найден в сложном взаимодействии нейтронной звезды и ее ближайшего компаньона.Рентгеновские двойные системы, как следует из их названия, возникают в двухзвездной системе, в которой нейтронная звезда сопровождается более нормальной звездой с малой массой.
Меньшая, но значительно более массивная нейтронная звезда может вытягивать материал из своего компаньона, образуя сплющенный газовый диск вокруг нейтронной звезды. Постепенно, когда этот материал опускается на поверхность нейтронной звезды, он перегревается и генерирует интенсивное рентгеновское излучение.Астрономы полагали, что этот процесс аккреции продолжался, в основном, не ослабевая, в течение миллионов лет.
В конце концов, материал закончится, и аккреция прекратится вместе с рентгеновским излучением.Без притока нового материала мощные магнитные поля нейтронной звезды способны генерировать лучи радиоволн, которые распространяются по космосу при вращении звезды, придавая пульсару характерный вид, напоминающий маяк.Большинство радиопульсаров вращаются несколько десятков раз в секунду и, если их предоставить самим себе, будут замедляться в течение многих тысяч лет.
Однако, если нейтронная звезда начинает жизнь как рентгеновская двойная система, вещество, накапливающееся на ее поверхности, заставляет нейтронную звезду «раскручиваться», увеличивая скорость вращения до тех пор, пока она не будет вращаться сотни раз в секунду. Когда этот процесс аккреции останавливается, в результате получается миллисекундный пульсар.Во время своих наблюдений исследователи обнаружили вспышки рентгеновских пульсаций, которые продолжались около месяца, а затем резко прекратились. Через несколько дней снова появились радиоимпульсы.
Эти резкие колебания указывали на то, что материал с аккреционного диска падал на нейтронную звезду урывками, а не длинным и постоянным потоком, как предполагали астрономы.Более раннее исследование другой системы с помощью GBT обнаружило первые свидетельства аккреционного диска вокруг нейтронной звезды, что помогло установить связь между маломассивными рентгеновскими двойными системами и пульсарами.Новые данные подтверждают эту связь, но также впервые показывают, что процесс эволюции, который, как считалось, длился миллионы лет, на самом деле более сложен и может происходить эпизодическими всплесками, которые могут длиться всего несколько дней или недель. «Это не только демонстрирует эволюционную связь между аккрецией и миллисекундными пульсарами с вращением, — сказал Рэнсом, — но также и то, что некоторые системы могут переключаться между двумя состояниями в очень короткие сроки».
Источник рентгеновского излучения был обнаружен Международной лабораторией гамма-астрофизики (ИНТЕГРАЛ), а последующие рентгеновские наблюдения были выполнены спутниками XMM-Newton, Swift и Chandra. Радионаблюдения проводились с помощью GBT, радиотелескопа Parkes, Australia Telescope Compact Array и Westerbork Synthesis Radio Telescope.
Национальная радиоастрономическая обсерватория — объект Национального научного фонда, управляемый в соответствии с соглашением о сотрудничестве Associated Universities, Inc.