Космический телескоп Swift проливает свет на загадочное поведение некоторых нейтронных звезд

Космический рентгеновский телескоп NASA Swift X-ray Telescope позволил ученым-астрономам наблюдать за чрезвычайно редким и необычным явлением, связанным с поведением одной нейтронной звезды. Эта звезда, вращавшаяся очень длительное время с постоянной стабильной скоростью, внезапно начала замедляться с достаточно большой скоростью. Наблюдения за этим процессом позволили ученым получить некоторые подсказки, касающиеся природы этих чрезвычайно плотных космических объектов, которые, в свою очередь, могут послужить ключами к разгадкам некоторых тайн Вселенной.

Нейтронная звезда представляет собой "огарок" от обычной звезды, которая исчерпала запасы своего топлива, разрушилась под воздействием собственных гравитационных сил и взорвалась как сверхновая звезда. Подавляющее большинство нейтронных звезд вращаются в весьма высокой скоростью, порядка 40-50 тысяч оборотов в минуту. Сила их магнитного поля превышает силу магнитного поля Земли в триллионы раз, а материя нейтронных звезд настолько плотна, что одна чайная ложка такой материи будет весить на Земле приблизительно миллиард тонн.

Нейтронная звезда, о которой сейчас пойдет речь, 1E 2259+586, располагается на удалении 10 тысяч световых лет от Земли в направлении на созвездие Кассиопеи. Это одна из приблизительно двух дюжин нейтронных звезд, которые астрономы называют магнетарами, нейтронными звездами, имеющими невероятно сильное магнитное поле и периодически вырабатывающими невероятно высокоэнергетические выбросы рентгеновского излучения.

Наблюдения за рентгеновскими импульсами магнетара 1E 2259+586, которые проводились с июля 2011 года по апрель 2012 года, показали, что вращение этого магнетара начало резко замедляться, теряя в скорости один оборот за каждые семь секунд, приблизительно восемь оборотов за одну минуту. Данные от 28 апреля 2012 года показали, что время одного оборота уменьшилась на 2.2 миллионных доли секунды и магнетар продолжает замедляться и дальше все увеличивающимися темпами."Астрономы зарегистрировали сотни случаев, названных парадоксами, связанные с внезапным увеличением скорости вращения нейтронных звезд. Наблюдение внезапного замедления вращения такой звезды полностью застало нас врасплох" - рассказала Виктория Кэспи (Victoria Kaspi), профессор физики из университета Макгилла в Монреале, которая возглавляет группу, занимающуюся изучением магнетаров.

Астрономы назвали этот случай анти-парадоксом. "Это явление воздействовало на магнетар точно противоположным образом, нежели оказывают воздействие эффекты случаев обычных парадоксов" - рассказал Нил Джехрелс, научный руководитель миссии Swift со стороны Центра космических полетов НАСА имени Годдарда.

Внутренне строение нейтронных звезд является одной из больших загадок. Имеющаяся теория утверждает, что внешняя оболочка нейтронной звезды состоит из электронов и ионов различных тяжелых химических элементов, но самым интересным является ядро нейтронной звезды, которое состоит из сверхплотной нейтронной супержидкости, которая является одной из экзотических форм состояния материи, в которой в материи полностью отсутствуют силы трения. Внешняя оболочка, используя сильнейшее магнитное поле магнитара, выступает в роли усилителя потоков высокоэнергетического излучения и частиц, извергаемых ядром нейтронной звезды.

Извергаемое излучение отбирает энергию внешнего слоя нейтронной звезды. Вращение этого слоя замедляется, что вызывает сильное перемешивание на границе внешнего слоя и яра звезды, что в свою очередь приводит к замедлению вращения всей звезды в целом. При этом ломается вся устоявшаяся структура внешней оболочки звезды и происходит парадоксальное явление, выражающееся в дополнительном "пинке" и ускорении вращения от взаимодействия сложных магнитных полей, получающихся в результате разрушения внешней оболочки.

Все вышесказанное отлично вписываются в существующую теорию относительно нейтронных звезд, но процессы, которые приводят к внезапному замедлению скорости вращения звезд, являются проблемой, которая не вписывается в вышеупомянутую теорию.21 апреля 2012 года, за неделю до возникновения явления анти-парадокса, зарегистрированного телескопом Swift, инструмент Gamma-ray Burst Monitor, находящийся на борту гамма-телескопа Fermi Gamma-ray Space Telescope, зарегистрировал выброс магнетаром 1E 2259+586 мощнейшего выброса гамма-излучения, который длился всего 36 миллисекунд. Именно это событие стало причиной, повлекшей за собой кардинальные изменения структуры нейтронной звезды, которая через некоторое время начала стремительно замедлять скорость своего вращения.

"В данном случае поразительно то, что интенсивная рентгеновская вспышка, что является достаточно распространенным явлением, вызвала резкое замедление магнетара. Теперь мы наблюдаем за звездой, скорость вращения которой замедляется быстрыми темпами. Эти наблюдения позволят нам определить, какие именно изменения в структуре этой звезды стали причиной подобного поведения, ведь такое явление мы наблюдаем столь подробно впервые в истории" - рассказывает Роберт Арчибальд (Robert Archibald), аспирант из университета Макгилла, принимающий участие в данных исследованиях и наблюдениях.

Данное открытие имеет весьма важное значение для астрономии и астрофизики, ведь оно раскрывает подробности некоторых процессов происходящих внутри нейтронных звезд, где материя сжата до плотности, в несколько раз превышающую плотность вещества в ядрах атомов. Такие условия невозможно воспроизвести ни в одной лаборатории на Земле, ни даже в недрах Большого Адронного Коллайдера.

Источник: Источник