Источник интенсивного гамма-излучения в остатке сверхновой звезды

Учёным удалось точно определить источник высокоэнергетического рентгеновского и гамма-излучения, исходящего от остатка сверхновой звезды. Источником оказался активный пульсар. Наша галактика Млечный Путь полна ещё неостывшими остатками взорвавшихся звёзд.

Когда наиболее массивные звёзды вспыхивают как сверхновые, то они не исчезают бесследно, а иногда испускают высокоэнергетическое гамма-излучение. Какие же силы действуют в этих активных звёздных остатках?

Ядерный спектроскопический телескоп (или NuSTAR) помогает разгадать эту тайну. Объективы обсерватории, настроенные на высокоэнергетическое рентгеновское излучение, смогли рассмотреть особую зону мощных гамма-лучей и подтвердить их источник: это оказалась вращающаяся мёртвая звезда под названием пульсар. Пульсары – это один из нескольких типов звёздных остатков, появившихся в результате взрывов сверхновых звёзд.

Это не первый раз, когда пульсары оказывались источниками интенсивных гамма-лучей, но здесь необходим был телескоп NuSTAR, поскольку данный случай более сложен ввиду удалённости рассматриваемого объекта. Наряду с орбитальным телескопом NuSTAR, в исследованиях используются также рентгеновская обсерватория Чандра, космический гамма-телескоп Ферми и Стереоскопическая Система высоких энергий (H.E.S.S) в Намибии, каждая из обсерваторий имеет свои уникальные преимущества, чтобы учёные смогли понять эволюцию этих не очень спокойных мёртвых звёзд.

"Энергии от этого остатка звезды достаточно, чтобы вызвать яркое гамма-излучение, которое мы наблюдаем", – сказал Эрик Готтэлф из Колумбийского университета, Нью-Йорк. Готтэлф пояснил, что пульсары часто служат источниками этих гамма-лучей в нашей галактике, но другие источники также могут присутствовать, включая внешние оболочки остатков сверхновых, рентгеновские двойные звёзды и области звездообразования. Готтэлф является главным автором новой статьи в Astrophysical Journal с описанием результатов исследований.

В последние годы наблюдения с помощью обсерватории H.E.S.S. Института астрономии общества Макса Планка выявили более 80 невероятно мощных зон гамма-лучей, называемых источниками высокоэнергетического гамма-излучения в нашей галактике Млечный Путь. Большинство из них было связано с произошедшими до этого взрывами сверхновых звёзд, но для многих главный источник наблюдаемых гамма-лучей остаётся неизвестным.

Источник гамма-лучей, точно определённый в данном новом исследовании, получил название HESS J1640-465 и является одним из самых интенсивных источников, обнаруженных до сих пор. Учёным было уже известно, что гамма-излучение связано с остатком сверхновой звезды, но откуда оно исходило конкретно, оставалось неясным. При этом данные от телескопов Chandra и XMM-Newton позволяли предположить, что источник излучения был пульсаром, закрытым от обзора облаками газа.

Телескоп NuSTAR дополняет при наблюдениях обсерватории Chandra и XMM-Newton, поскольку он способен обнаружить диапазон рентгеновского излучения более высоких энергий, которое фактически может проникнуть сквозь межзвёздный газ. Кроме того, телескоп NuSTAR может измерить быстрые пульсации рентгеновского излучения с высокой точностью. В данном случае NuSTAR смог зафиксировать высокоэнергетическое рентгеновское излучение, исходящее от HESS J1640-465 в виде быстрых регулярных импульсов. Эти данные привели к открытию пульсара PSR J1640-4631, вращающегося с частотой пять оборотов в секунду, который и является искомым источником высокоэнергетического рентгеновского и гамма-излучения.

Каким образом пульсар производит высокоэнергетические лучи? Сильные магнитные поля пульсара генерируют мощные электрические поля, которые ускоряют заряженные частицы вблизи поверхности до невероятных скоростей, приближающихся к скорости света. Стремительно движущиеся частицы затем взаимодействуют с магнитными полями, производя мощные потоки высокоэнергетических рентгеновских и гамма-лучей.

"Открытие пульсара, являющегося причиной активности HESS J1640-465, позволяет астрономам протестировать модели фундаментальной физики, описывающие невероятные энергии, производимые этими редкими источниками гамма-лучей", – сказал Готтэлф.

"Вероятно, другие яркие источники гамма-излучения содержат пульсары, которые мы не можем обнаружить, – говорит Виктория Кэспи из Университета Макгилла, Монреаль, Канада, соавтор данного исследования. – С NuSTAR нам, возможно, удастся найти эти скрытые пульсары".

Новые данные позволили астрономам также измерить замедление скорости пульсара или снижение частоты вращения (примерно на 30 микросекунд в год), а также определить, как это уменьшение скорости вращения варьируется с течением времени. Ответы помогут исследователям понять, почему эти вращающиеся магниты (ядра мёртвых звёзд) становятся источниками такого экстремально интенсивного излучения в нашей галактике.

NuSTAR – это небольшая исследовательская миссия под управлением Калифорнийского технологического института, координируемая Лабораторией реактивного движения НАСА в Пасадене, Калифорния. Космический аппарат сконструирован корпорацией Orbital Sciences в Даллесе, Вирджиния. Его инструменты созданы консорциумом, включающим Калифорнийский технологический институт, JPL, Калифорнийский университет в Беркли, Колумбийский университет в Нью-Йорке, Центр космических полетов имени Годдарда в Гринбелте, Датский технический университет, Ливерморскую национальную лабораторию, Аэрокосмические системы в Голете, Калифорния, и при поддержке Научного центра данных Итальянского космического агентства (ASI).

Операционный центр миссии NuSTAR размещён в Калифорнийском университете в Беркли, ASI управляет его наземными экваториальными станциями, расположенными в Малинди, Кения. Программа поддержки миссии базируется в Сономском государственном университете, Рохнерт-Парк, Калифорния.

Голубая точка на этом изображении – это энергетически активный пульсар, окружённое магнитным полем вращающееся ядро звезды, которая взорвалась и превратилась в сверхновую.

Источник: Земля Хроники Жизни