Исследователь в Германии показал, как "миллисекундные пульсары" - нейтронные звезды с периодами вращения в диапазоне от 1-10 мс - замедляются с течением времени. Исследуя как ведет себя пульсар после прекращения аккреции вещества от звезды-донора, Томас Таурис (Thomas Tauris) из Боннского университета показал количественно расширение магнитного поля пульсара, которое помогает замедлять вращение звезды. Это открытие может помочь астрономам определить возраст радио пульсара, который обычно рассчитывается исходя из скорости, с которой замедляется вращение пульсаров.
Пульсирующие звезды
Нейтронные звезды это очень компактные остатки от взрыва звезд, известных как сверхновые. Так как они сохраняют большую часть момента импульса первоначальной звезды, но имеют гораздо меньший радиус, то нейтронные звезды вращаются с очень высокой скоростью, когда они образуются. Они также пульсируют, вращаясь, как луч маяка. Пульсации возникают из взаимодействия между электрическим полем, создаваемым энергией вращения нейтронной звезды и очень сильным магнитным полем звезды, которое создает электромагнитный луч, выходящий из полюсов магнитного поля.
Пульсары могут светиться от 50 до 100 миллионов лет после первоначального взрыва, излучая радиоволны, пока не кончится энергия, после чего они гаснут. Но для пульсаров со спутником-звездой, это еще не конец. Как только спутник достигнет фазы конца горения своего водорода, он начнет расширяться, что позволяет нейтронной звезде брать материал с его поверхности. Добытая таким образом плазма эффективно вдыхает новую жизнь в нейтронную звезду. Заряженные частицы плазмы попадают в ее магнитное поле и направляются вдоль силовых линий магнитного поля по направлению к полюсам. Нагревание в результате трения и столкновения с поверхностью пульсара вызывает излучение плазмой рентгеновских лучей, которое исходит наиболее сильно от магнитных полюсов.
Скрытые переходы
Поскольку масса движется по направлению к поверхности звезды, плазма заставляет звезду вращаться быстрее, как фигурист, прижимая к себе руки. Но когда звезда-компаньон отдала ему все, то пульсар начинает замедляться и излучать радиоволны вместо рентгеновских лучей. Действительно, 13 известных аккрецирующих рентгеновских пульсаров имеют средний период вращения 3.3 мс, в то время как 200 известных миллисекундных пульсаров, которые излучают радиоволны - с периодами вращения менее 20 мс ? имеют более медленный средний период 5,5 мс.
Но мало известно о том, что происходит с этими пульсарами во время этого перехода от рентгеновски излучающих до излучающих радиоволны. Поскольку радиоизлучающие пульсары были когда-то рентгеновскими излучателями, Алессандро Патруно (Alessandro Patruno) из Амстердамского университета в Нидерландах, который не принимал участия в данной работе, говорит, что это подобно ускоренно вращающемуся волчку, после того как его обнаружили начавшим внезапно вращаться медленнее. «Для этого что-то должно случиться, чтобы замедлилось вращение после того, как вы закончили ускорять волчок», говорит он. Это торможение, вероятно, вызвано тем, что поток вещества от звезды-донора постепенно прекращается.
Томас Таурис показал, что в то время как поток плазмы из звезды-компаньона ослабевает, магнитное поле звезды расширяется до примерно 100 км, или примерно в 10 раз превышает радиус нейтронной звезды. «Магнитосфера действует как длинный рычаг, усиливая эффекты последних потоков плазмы», объясняет Томас Таурис. Это означает, что взаимодействие магнитного поля и плазмы становится более интенсивным. Например, поле может разбросать взрывным образом материю довольно далеко, вместо аккреции ее, и эти взаимодействия сокращают энергию вращения звезды на половину.
Фред Лэмб (Fred Lamb), астрофизик из Университета Иллинойса в Урбана-Шампань, называет находку Тауриса «значительным шагом вперед в нашем понимании того, как аккрецирующие миллисекундные рентгеновские пульсары становятся мощными миллисекундными радиопульсарами». Он добавляет, что в то время как важность этого этапа была известна на протяжении многих лет, «но до работы Тауриса не было выполнено расчетов, моделирующих этот этап».
Сверка часов
Этот механизм замедления также проливает новый свет на вопрос, почему радио пульсары кажутся гораздо старше своих товарищей. Отдав большую часть своего газа, звезда-компаньон не может уже сжечь водород, но она еще горячая - белый карлик. Температура белого карлика дает меру возраста двойной системе. Так как возраст пульсара рассчитывается на основе того, насколько его период вращения замедляется, то это неожиданное замедление приводит к расхождению в возрасте.
Для миллисекундных пульсаров, говорит Таурис, этот метод дает «нелепый» возраст, такой как 15 миллиардов лет, что больше возраста Вселенной. Резкое торможение, когда нейтронная звезда отрезана от своих доноров может объяснить, почему эти звезды часто являются гораздо старше своих товарищей. «Там имеются только одни надежные часы - это охлаждение белого карлика», говорит Таурис.
Таурис признает, что количество миллисекундных рентгеновских пульсаров, которые он мог рассмотреть, является относительно небольшим, так как они были обнаружены лишь десять лет назад. Больше наблюдений этих звезд, должно быть сделано нынешними и будущими рентгеновскими спутниками, такими как Rossi X-ray Timing Observer (НАСА), что позволит проверить идею Тауриса.