Астрономы отыскали пульсар в двойной системе с рекордно малым орбитальным периодом

Группа учёных из Европы, США и Японии обнаружила необычный пульсар PSR J1311−3430, расположенный в созвездии Кентавра.

Поскольку PSR J1311−3430 успевает совершить за секунду 390 оборотов вокруг оси, он классифицируется как миллисекундный пульсар — пожилая нейтронная звезда, увеличившая частоту вращения за счёт аккреции вещества, которое принадлежало её компаньону из двойной системы. До сих пор объекты такого типа регистрировались только по характерному импульсному радиоизлучению.

Система PSR J1311−3430 на фоне Солнца. Орбита сохраняющего реальные размеры звёздного компаньона пульсара показана пунктиром, а сам пульсар на рисунке намеренно увеличен. (Иллюстрация SDO / AIA, AEI.)

Первый шаг к открытию PSR J1311−3430, который нарушил все традиции поиска миллисекундных пульсаров, был сделан в 1994 году, когда космический телескоп EGRET зафиксировал яркий гамма-источник 2FGL J1311.7−3429. Ждать новых данных пришлось довольно долго, но летом 2012-го сотрудник Стэнфордского университета Роджер Романи (Roger Romani) обнаружил, что у 2FGL J1311.7−3429 есть оптический и рентгеновский «двойник» с характеристиками, которые указывали на возможное присутствие пульсара. Гипотезу нужно было проверить, и в этом астрономам помогли не привычные радионаблюдения, а информация, собранная гамма-телескопом «Ферми».

Чтобы выявить гамма-пульсации PSR J1311−3430, учёные разработали оригинальный алгоритм компьютерного слепого поиска в массиве данных, составленном «Ферми» за четыре года наблюдений. «На выделение сигнала ушло 5 000 процессорных дней, — рассказывает участник работ Хольгер Плетч (Holger Pletsch) из Института гравитационной физики им. Макса Планка. — Мы начали с проверки небольших частот вращения и постепенно двигались к более высоким значениям. Если бы наш пульсар вращался, скажем, с частотой не в 390, а в 700 Гц, то для обнаружения его гамма-пульсаций потребовалось бы уже около 27 000 процессорных дней».

PSR J1311−3430 на звёздном небе (иллюстрация Stellarium / AEI / Knispel).

Гамма-карта неба, построенная по данным «Ферми» (иллюстрация НАСА / DOE / Fermi LAT Collaboration / AEI).

Убедившись в существовании PSR J1311−3430, учёные приступили к оценке его характеристик. Как оказалось, он движется по практически идеальной круговой орбите со скоростью не менее 13 000 км/ч и совершает один оборот вокруг центра масс в двойной системе всего за 93 минуты. Это значение авторы называют рекордно малым, а двойная система PSR J1311−3430 становится ещё и самой тесной из тех, что содержат пульсары.

Не меньший интерес представляет компактный спутник пульсара. «Сейчас от компаньона PSR J1311−3430 осталось только звёздное ядро, которое, предположительно, состоит в основном из гелия, нагревается излучением пульсара и в буквальном смысле испаряется», — говорит г-н Плетч. Это ядро как минимум в восемь раз превосходит Юпитер по массе, сохраняя сравнительно небольшой диаметр, максимально допустимая величина которого — 88 000 км — эквивалентна ~60% юпитерианского. Отсюда следует, что оно имеет необычайно большую среднюю плотность, в 45 раз превышающую плотность воды.

Подготовлено по материалам Института гравитационной физики им. Макса Планка и arXiv.