Установено е, че мистериозният космически „паяк“ е източник на мощни гама лъчи

Двоичната система беше проверена от телескопа SOAR, управляван от NOIRLab, първата система, открита в предпоследния етап от нейното развитие.

Използвайки 4,1-метровия телескоп SOAR в Чили, астрономите откриха първия пример за двоична система, при която звезда е в процес на трансформиране в бяло джудже върти се наоколо неутронна звезда Който току-що завърши да се превръща в бърз въртящ се пулсар. Тази двойка първоначално е открита от космическия телескоп с гама лъчи Ферми и е „липсващото звено“ в еволюцията на такива двоични системи.

Установено е, че ярък и мистериозен източник на гама лъчи е бързо въртяща се неутронна звезда – наречена милисекунден пулсар – обикаляща около звезда в процеса на еволюция в бяло джудже с изключително ниска маса. Астрономите наричат ​​тези видове двоични системи „паяци“, тъй като пулсарът има тенденция да „изяде“ външните части на придружаващата звезда, когато се трансформира в бяло джудже.

Дуото е открито от астрономи с помощта на 4,1-метров телескоп SOAR на Cerro Pachón в Чили, част от Междуамериканската обсерватория Cerro Tololo (CTIO), програма на NSF NOIRLab.

НАСАКосмическият телескоп Fermi Gamma Ray каталогизира обекти във Вселената, които произвеждат изобилие от гама лъчи от пускането му през 2008 г., но не всички източници на гама лъчи, които открива, са класифицирани. Един от тези източници, който астрономите нарекоха 4FGL J1120.0-2204, беше вторият най-ярък източник на гама лъчи в цялото небе, който все още не е идентифициран.

Астрономи от Съединените щати и Канада, водени от Самюъл Сухарт от Лабораторията за военноморски изследвания на САЩ във Вашингтон, използваха спектрографа на Гудман на телескопа SOAR, за да определят истинската идентичност на 4FGL J1120.0-2204. Източникът на гама-лъчи, който също излъчва рентгенови лъчи, както се наблюдава от космическите телескопи на НАСА Swift и XMM-Newton на ESA, е доказано, че е двоична система, състояща се от „милисекунден пулсар“, въртящ се стотици пъти в секунда, предшественик A до бяло джудже с много ниска маса. Двойката се намира на повече от 2600 светлинни години.

„Времето, отделено на MSU на телескопа SOAR, неговата позиция в южното полукълбо и точността и стабилността на спектрометъра на Гудман бяха важни аспекти на това откритие“, казва Суихарт.

„Това е чудесен пример за това как телескопите със среден размер и в частност SOAR могат да бъдат използвани за характеризиране на изключителни открития, направени с помощта на други наземни и космически съоръжения“, отбелязва Крис Дейвис, директор на NOIRLab. програма в Националната научна фондация на САЩ. „Очакваме SOAR да играе критична роля в преследването на много други променящи се във времето източници на множество съобщения през следващото десетилетие.

Оптичният спектър на двойната система, измерен от спектрометъра на Гудман, показа, че светлината от спътника на основното бяло джудже е доплерова – изместена последователно към червено и синьо – което показва, че тя обикаля около масивна компактна неутронна звезда на всеки 15 часа.

„Спектрите също ни позволиха да ограничим приблизителната температура и гравитацията на повърхността на придружаващата звезда“, казва Суихарт, чийто екип успя да вземе тези свойства и да ги приложи към модели, описващи как са еволюирали двоичните звездни системи. Това им позволява да определят, че спътникът е предшественик на бяло джудже с изключително ниска маса, с температура на повърхността от 8 200 градуса по Целзий (15 000 градуса по Фаренхайт) и маса от само 17% от масата на Слънцето.

Когато звезда с маса, подобна на Слънцето или по-малка, достигне края на живота си, водородът, използван за подхранване на процесите на ядрен синтез в нейното ядро, ще свърши. За известно време хелият поема водеща роля и укрепва звездата, карайки я да се свива и нагрява, карайки я да се разшири и да се развие в червен гигант с размери стотици милиони километри. В крайна сметка външните слоеве на тази балонна звезда биха могли да се натрупат върху двоичен спътник и ядреният синтез ще спре, оставяйки след себе си бяло джудже с размерите приблизително на Земята и изплюващо при температури над 100 000 градуса по Целзий (180 000 градуса по Фаренхайт).

Основното бяло джудже в системата 4FGL J1120.0-2204 все още не е завършило развитието си. „В момента е изпъкнал и радиусът му е около пет пъти по-голям от този на обикновените бели джуджета с подобна маса“, казва Суихарт. „Той ще продължи да се охлажда и свива и след около два милиарда години ще изглежда идентичен с много от много ниските бели джуджета, за които вече знаем.“

Милисекундните пулсари се въртят стотици пъти всяка секунда. Тя се върти чрез натрупване на материал от спътник, в този случай от звезда, превърнала се в бяло джудже. Повечето милисекундни пулсари излъчват гама лъчи и рентгенови лъчи, често когато звездните ветрове, поток от заредени частици, излъчвани от въртяща се неутронна звезда, се сблъскат с материал, излъчван от звезда-придружител.

Известни са около 80 бели джуджета с много ниска маса, но „това е първият предвестник на бяло джудже с много ниска маса, открито, че е вероятно да обикаля около неутронна звезда“, казва Суихарт. По този начин, 4FGL J1120.0-2204 е уникален поглед в края на този цикличен процес. Всички други двоични джуджета и пулсари, които са били открити, са заобиколили фазата на въртене.

„Продължаването на спектроскопията с телескопа SOAR, който е насочен към несвързани източници на гама-лъчи на Ферми, ни позволи да видим, че спътникът обикаля около нещо“, казва Суихарт. „Без тези наблюдения нямаше да можем да намерим тази вълнуваща система.“

Справка: „4FGL J1120.0-2204: Уникална гама-лъчева двоична ярка неутронна звезда с много ниско първично бяло джудже“ от Самюел Дж. Куач, Кирил Ф. Соколовски, Елизабет К. Ферара, Макбул, Астрофизичен вестник.
arXiv: 2201.03589

Екипът се състоеше от Самюъл Дж. Суихарт (асистент-изследовател в Националния изследователски съвет, Националната академия на науките и Лабораторията за военноморски изследвания на САЩ, Вашингтон, окръг Колумбия), Джей Страдър (Център за интензивни астрономически данни и времева област, Департамент по физика и астрономия, Мичиган Държавен университет), Елиас Еди (Катедра по физика, Университет Макгил, Канада), Лора Шумюк (Космически институт Макгил, Университет Макгил, Канада), Кристин К. Дейдж (Институт Макгил и катедра по физика, Университет Макгил, Канада), Адам Кауаш (Център за интензивни данни и астрономия във времева област, катедра по физика и астрономия, Щатски университет в Мичиган), Кирил Ф. Соколовски (Център за интензивна астрономия на данни и времева област, катедра по физика и астрономия, Щатски университет в Мичиган) и Елизабет К. Ферара (Катедрата по астрономия на Университета на Мериленд и Центърът за изследване и космически изследвания (CRESST) към Центъра за космически полети Годард на НАСА).