Ученые поняли, что вызывает вспышки нейтронных звезд
Новые расчеты физиков только что приблизили нас к пониманию того, как вещество может падать на нейтронные звезды и вызывать мощные вспышки рентгеновского света.
Если достаточное количество плазмы гравитационно притягивается к мертвой звезде от двойного компаньона, ее массы будет достаточно, чтобы пробиться через барьер, созданный мощным магнитным полем нейтронной звезды, и пробиться в атмосферу нейтронной звезды.
Это важная часть давней неразгаданной тайны аккреции нейтронных звезд и рентгеновских вспышек. Это открытие может помочь нам лучше понять поведение плазмы в магнитных полях - то, что может быть применимо к развитию термоядерного синтеза плазмы здесь, на Земле.
“Исследование началось с абстрактных вопросов“, - сказал физик плазмы Рассел Кулсруд из Принстонской лаборатории физики плазмы. “Как может материя звезды-компаньона прорваться сквозь мощное магнитное поле нейтронной звезды и произвести рентгеновское излучение, и что вызывает наблюдаемые изменения в этих полях?“
Нейтронные звезды - одни из самых плотных объектов Вселенной. Это то, что происходит, когда звезда определенной массы (от 8 до 30 масс Солнца) достигает конца своей продолжительности жизни на главной последовательности и умирает.
Материал внешней звезды сдувается в результате взрыва сверхновой, в то время как ядро звезды гравитационно схлопывается, образуя компактную сверхплотную сферу, которая через миллионы лет перестанет светиться - единственное, что заставляет ее светиться, - это остаточное тепло.
Когда мы говорим “плотный“, мы имеем в виду “очень плотный“. Единственное, что более плотно, - это черная дыра (которая, если бы звезда-предшественница была более массивной, чем 30 солнечных масс, ядро коллапсировало бы). Нейтронная звезда примерно в 1,5 раза больше массы Солнца, а ее размер составляет около 10 километров в поперечнике.
Эти экстремальные объекты находятся в космосе, как правило, с магнитным полем в триллионы раз сильнее, чем у Земли. Иногда их сопровождает двойной спутник, находящийся на достаточно близком расстоянии, чтобы нейтронная звезда могла захватить и аккрецировать материал из атмосферы спутника.
Когда это происходит, материал образует диск, который питается нейтронной звездой, набирая энергию по мере ускорения под действием силы тяжести. Эта энергия уходит в виде рентгеновского излучения, часто концентрирующегося в столбах или горячих точках на полюсах нейтронной звезды. Мы знаем, что это случается; мы это наблюдали. Но оставался вопрос, как плазма может проходить через магнитное поле.
К счастью, у Кульсруда было немного свободного времени.
“Когда началась пандемия, и все были прикованы к своим домам, я решил взять модель нейтронной звезды и разработать несколько вещей“, - объяснил он.
Он и его коллега, астрофизик Рашид Сюняев из Института астрофизики Макса Планка в Германии, провели математическое моделирование, чтобы выяснить, прикрепляется ли плазма к магнитному полю и увлекает его за собой, или ей удается проскользнуть внутрь, оставив его нетронутым.
По их расчетам, последнее. Если масса падающей плазмы достаточно высока, она может оказывать гравитационное давление на магнитное поле. Это вызывает каскад колебаний силы магнитного поля, что приводит к нестабильности, которая позволяет плазме проскальзывать. Когда плазма оказывается на другой стороне, она направляется вдоль силовых линий магнитного поля нейтронной звезды к полюсам, где она аккрецируется на нейтронную звезду.
Согласно этой модели, плазма, накапливающаяся на полюсе, становится слишком тяжелой, чтобы оставаться на поверхности, и опускается внутрь нейтронной звезды. Дополнительное внутреннее давление на полюсах искажает магнитное поле. Со временем давление заставляет входящую плазму распространяться по всей поверхности нейтронной звезды, генерируя глобальное рентгеновское излучение.
“Добавленная масса на поверхности нейтронной звезды может исказить внешнюю область магнитного поля звезды“, - сказал Кульсруд. “Если вы наблюдаете за звездой, вы должны увидеть, что излучение, испускаемое магнитным полем, будет постепенно меняться. И на самом деле это то, что мы видим“.
Команда отмечает, что их предположения вряд ли применимы ко всем нейтронным звездам, потому что их трактовка нестабильности является приблизительной. Однако результаты действительно предсказывают изменение формы магнитного поля с течением времени, а также конечный результат.
