Составлены первые карты нейтронной звезды

Самые крупные звезды в конце своей эволюции отбрасывают внешние оболочки и коллапсируют, образуя черные дыры, а те, массы которых для этого недостаточно, — сверхплотные нейтронные звезды. Тяжелые, компактные и быстровращающиеся нейтронные звезды испускают узкие, невероятно мощные джеты излучения и выглядят как яркие периодические источники — пульсары. Один из них и стал объектом нового исследования, отчет о котором опубликован в целой серии статей в The Astrophysical Journal Letters.

Рентгеновский пульсар J0030+0451 расположен в созвездии Рыб, в 1100 световых годах от Земли. Команды астрофизиков из Амстердамского университета и Университета штата Мэриленд исследовала J0030 с помощью инструмента NICER, работающего на борту МКС, и выяснила, что его нейтронная звезда имеет около 26 километров в поперечнике и массу от 1,3 до 1,4 массы Солнца (для сравнения, диаметр самого Солнца достигает 1,3 миллиона километров). Полный оборот вокруг своей оси он совершает за 4,9 миллисекунды.

Эти впечатляющие цифры вполне ожидаемы, однако дальше ученых ждали сюрпризы. Согласно доминирующим представлениям, джеты должны вылетать из двух «горячих точек» на магнитных полюсах нейтронной звезды — и, если один из них направлен в нашу сторону, мы увидим периодические вспышки пульсара. J0030 ориентирован к Земле северным полюсом, поэтому астрономы ожидали заметить этот «хотспот».

Такой должна была выглядеть карта J0030 / ©NASA’s Goddard Space Flight Center

Огромное временнóе разрешение NICER и сложные расчеты на суперкомпьютере позволили выяснить, из каких именно участков поверхности J0030 вылетают рентгеновские джеты. Оказалось, в северном полушарии ни одной «горячей точки» нет, все они расположены в южном. Оно остается частично видимым из-за искажения пространства-времени массой сверхплотной нейтронной звезды — как это происходит и на изображении черной дыры, полученной в начале 2019 года.

Карты J0030, полученные астрофизиками / ©NASA’s Goddard Space Flight Center

Более того, авторы новых статей спорят друг с другом о количестве и форме «горячих точек» на J0030. Нидерландская команда указывает на две: одну поменьше — округлой формы, у самого полюса — и другую, вытянутую серпом в более низких широтах. В отличие от них, американские астрономы идентифицировали в южном полушарии три «горячие точки»: одну округлую у полюса и два небольших овала ближе в направлении экватора.

©NASA’s Goddard Space Flight Center

Кто бы ни оказался прав, очевидно главное: первая «карта поверхности» нейтронной звезды принесла несколько важных сюрпризов, разобраться в которых еще предстоит.