Впервые учёные идентифицировали все стадии термоядерного горения в нейтронной звезде.

Таким образцом стала звезда, расположенная в шаровом скоплении Terzan 5 близ центра Галактики.

Мануэль Линарес и его коллеги из Института астрофизики и космических исследований Кавли при Массачусетском технологическом институте (США), а также учёные из университетов Макгилла, Миннесоты (оба — США) и Амстердама (Нидерланды) проанализировали данные американского спутника Rossi X-ray Timing Explorer (RXTE) и обнаружили первую в своём роде звезду, которая взорвалась в точности так, как это предсказывали модели. Заодно удалось выяснить, почему подобные звёзды до сих пор не были найдены.

Плазма соседней звезды окружает нейтронную звезду и постепенно изливается на поверхность последней, приводя к термоядерному горению. (Изображение НАСА.)

Нейтронные звёзды обычно возникают в результате распада массивных светил. Эти звёздные остатки почти полностью состоят из нейтронов и обладают невероятной плотностью: представьте себе Солнце, сжатое до шарика диаметром в несколько километров. Как ведёт себя подобное сверхплотное вещество — один из важнейших вопросов астрофизики последних тридцати лет.

В частности, исследователи сосредоточили своё внимание на крайне нестабильной поверхности нейтронных звёзд. В ходе аккреции раскалённая добела плазма соседнего светила буквально обрушивается на нейтронную звезду: на площадь размером с монету каждую секунду выливается до 100 кг вещества. Тем самым на поверхности нейтронной звезды накапливается слой топлива, в котором в определённый момент вспыхивают реакции термоядерного синтеза. Этот взрыв можно обнаружить по всплеску рентгеновского излучения.

Учёные разработали модели, предсказывающие, как нейтронная звезда должна взорваться, на основе того, сколько плазмы скапливается на её поверхности. Чем больше плазмы, тем чаще взрывы и интенсивнее излучение. На пике прироста плазмы термоядерный синтез должен становиться стабильным, то есть протекать однородно, без гигантских взрывов. Тем не менее рентгеновские наблюдения почти ста взрывов нейтронных звезд, проведённые с конца 1970-х, не смогли подтвердить теорию.

И вот в конце 2010 года спутник RXTE обнаружил всплеск рентгеновского излучения в двойной системе скопления Terzan 5. Анализ показал, что рентгенограмма нейтронной звезды, входящей в эту систему, соответствует модели аккреции с низкой скоростью: спутниковые данные демонстрировали большие пики, разделённые длительными периодами низкой активности.

К своему удивлению, исследователи обнаружили, что чем выше скорость накопления плазмы, тем ниже пики и тем ближе они расположены друг к другу. Постепенно данные выравниваются и начинают походить на осциллограмму. Учёные расценили это как признак почти стабильного горения, то есть именно то, что предсказывала теория.

Почему же не удавалось обнаружить нечто подобное раньше? Специалисты сравнили свою нейтронную звезду с другими. Оказалось, что звезда вращалась гораздо медленнее остальных — всего 11 оборотов в секунду, тогда как обычная скорость нейтронных звёзд — 200–600 оборотов. Вероятно, модели просто не учитывали воздействие скорости вращения.

Остаётся неясным, как именно вращение влияет на термоядерное горение. Быть может, оно приводит к трению между слоем плазмы и поверхностью нейтронной звезды. В результате выделяется тепло, которое и влияет на горение.

Результаты исследования опубликованы в издании Astrophysical Journal.

Подготовлено по материалам Массачусетского технологического института.