Виявлено диск навколо аномального пульсара

Аномальний рентгенівський пульсар 4U 0142 + 61 на довжині хвилі 4,5 мікрону (за даними космічної обсерваторії «Спітцер»). Положення нейтронної зірки позначено гуртком (зображення зі статті Z. Wang et al., astro-ph/0604076)

За даними інфрачервоних спостережень на космічній обсерваторії «Спітцер» астрономи з Массачусетського технологічного інституту виявили диск навколо аномального рентгенівського пульсара 4U 0142 + 61. Диск, очевидно, сформувався відразу після вибуху наднової, яка породила нейтронну зірку.

За останні 10 років ми дізналися (і продовжуємо дізнаватися) багато нового про молодих нейтронних зірок. Зокрема, було відкрито або виділено в окрему групу кілька цікавих типів нейтронних зірок. Серед них є і так звані аномальні рентгенівські пульсари.

Відкриття диска навколо одного з таких аномальних рентгенівських пульсарів може мати дуже важливі наслідки для всього комплексу наукових напрямків, так чи інакше пов’язаних з нейтронними зірками, — фізики наднових, фізики магнітарів, досліджень еволюції молодих нейтронних зірок та ін.

Вперше про цей результат коротко згадувалося ще в серпні 2005 року на конференції у Ванкувері, де один із співавторів роботи (Давид Каплан) виступав з доповіддю. Однак у журналі Nature, де опублікована стаття, дуже суворе рецензування — мабуть, цим пояснюється той факт, що від моменту направлення цієї важливої статті в журнал до моменту її публікації минуло понад півроку.

Виявлення диска навколо аномального рентгенівського пульсара 4U 0142 + 61 стало можливим завдяки тому, що для 4U 0142 + 61 є дані спостереження на телескопі «Спітцер» на 8,5 і 4,5 мікронах. А за ними можна побудувати розподіл енергії у спектрі в широкому інтервалі довжин хвиль. Це перше настільки очевидне виявлення залишкового диска навколо компактного об’єкта, до цього були лише непрямі вказівки.

Зображення аномального пульсара 4U 0142 + 61, зроблені на різних хвилях інфрачервоного діапазону спектру. Два верхні зображення — на довжині хвилі 8,5 і 4,5 мікрона — отримані на космічному інфрачервоному телескопі «Спітцер». Нижнє (довжина хвилі 2,2 мікрону) — на наземному телескопі ім. Кека (зі статті Z. Wang et al., astro-ph/0604076)

Виявлений диск дуже легкий — близько 10 мас Землі. Він не істотний в сенсі аккреції на нейтронну зірку, тобто немає внеску в повну енергетику пульсара, пов’язаного з акрецією речовини з диска. Диск досить далеко відстоїть від нейтронної зірки: внутрішній радіус кордону диска становить кілька радіусів Сонця, тобто понад мільйон кілометрів (радіус найбільш нейтронної зірки — близько 10 км).

Ми бачимо диск лише тому, що він освітлюється потоком рентгенівських променів від аномального пульсара. Пил у диску нагрівається і світить в інфрачервоному діапазоні. Температура диска близько 1000 К. Це саме диск, а не сферична оболонка: оболонка з такими ж інфрачервоними характеристиками давала б занадто велике поглинання в рентгенівському і оптичному діапазонах, що не спостерігається.

Такі диски природним чином повинні виникати в процесі так званої «зворотної аккреції» (fallback) після вибуху наднової, коли частина речовини не відлітає «в нескінченність», а або випадає назад на нейтронну зірку, або залишається обертатися навколо неї у вигляді диска.

Аномальні рентгенівські пульсари вважаються кандидатами в магнітари — нейтронні зірки з сильним магнітним полем, що витрачають енергію цього поля. Тобто основні спостережні прояви таких пульсарів (рентгенівське випромінювання, спалахи) пов’язують з виділенням енергії магнітного поля нейтронних зірок. Відкриття такого маломасивного диска багато в чому підтримує цю гіпотезу, оскільки остаточно закриває одну з альтернатив — теорію, в якій роль джерела енергії відіграє потужний диск навколо нейтронної зірки (про це можна дещо подивитися, наприклад, у моїй презентації «Зоопарк нейтронних зірок»).

Інфрачервоні дані є ще для трьох аномальних рентгенівських пульсарів. Але там вони (поки) не настільки детальні. Можна очікувати, що такі залишкові диски є загальною властивістю цього класу одиночних нейтронних зірок. Було б цікаво подивитися, чи можуть такі диски пережити період такої бурхливої активності, як ті, що спостерігаються у джерел м’яких повторюваних гамма-сплесків. Якщо виявиться, що не можуть, то тоді неправильно припущення, що аномальні рентгенівські пульсари — «старші брати» (тобто наступна еволюційна стадія) джерел м’яких повторюваних гамма-сплесків.

Крім того, цікаво подивитися, чи пережив би такий диск стадію існування нейтронної зірки з надсильним магнітним полем. На цій стадії потужний потік релятивістських частинок, що летять від пульсара (на це раз радіопульсара), міг би ефективно «вимітати» речовину диска. Якщо ні, то це було б аргументом на користь того, що магнітари з’являються вже досить повільно обертаються. Це важливо для з’ясування механізм походження магнітного поля, так як для генерації його за допомогою динамо-механізму швидке обертання абсолютно необхідно.

Так чи інакше, але відкриття цього диска дуже важливо для всієї магнітарної астрофізики, а також для фізики наднових.

Джерело: Zhongxiang Wang, Deepto Chakrabarty, David L. Kaplan. A Debris Disk Around An Isolated Young Neutron Star // astro-ph/0604076.

Сергій Попов