По данным наблюдений с помощью орбитальной рентгеновской обсерватории Чандра и наземного радиотелескопа под названием Сверхбольшая Антенная Решётка (VLA), двойная звёздная система в скоплении Терзан 5 колеблется между двумя альтер-эго.
Используя данные от Чандра, собранные за полтора десятилетия, исследователи обнаружили, что звёздный дуэт иногда ведёт себя как объект одного типа, а затем меняет свою идентичность, чтобы через несколько лет вернуться в исходное состояние. Это редкий пример того, как звёздная система меняет свои свойства.
Астрономы обнаружили эту изменчивую двойную (или бинарную) систему в плотном шаровом скоплении звёзд Терзан 5, которое расположено примерно в 20000 световых годах от Земли в галактике Млечный Путь.
Звёздный дуэт, известный как Terzan 5 CX1, содержит нейтронную звезду (чрезвычайно плотный остаток после взрыва сверхновой) на близкой орбите вокруг звезды, подобной Солнцу, но с меньшей массой.
На новом изображении звёздного скопления Терзан 5 (справа) рентгеновские лучи низкой, средней и высокой энергий, зафиксированные Чандра, окрашены в красный, зелёный и синий цвета соответственно.
Слева расположено изображение от космического телескопа Хаббл, которое показывает тот же объект в оптическом свете.
В двойных системах, таких как Terzan 5 CX1, более тяжелая нейтронная звезда вытягивает материю из компаньона с меньшей массой, создавая вокруг себя аккреционный диск.
Астрономы обнаруживают аккреционные диски по их яркому рентгеновскому излучению и называют подобные объекты "рентгеновскими двойными звёздами малой (или низкой) массы".
Вращающееся в диске вещество падает на поверхность нейтронной звезды, увеличивая скорость её вращения. Нейтронная звезда может всё более ускоряться, пока сфера диаметром около 16 километров, вмещающая большую массу, чем Солнце, не начнёт совершать сотни оборотов в секунду.
В конце концов, перенос материи замедляется, а оставшийся материал уносится вихревым магнитным полем нейтронной звезды, которая становится миллисекундным пульсаром.
Астрономы обнаруживают импульсы радиоволн от этих миллисекундных пульсаров, когда пучок радиоизлучения от нейтронной звезды доносится до Земли после каждого оборота.
Хотя учёные предполагают, что полная эволюция рентгеновской маломассивной двойной звёздной системы в миллисекундный пульсар должна происходить в течение нескольких миллиардов лет, в некоторые периоды времени система может быстро переключаться между этими двумя состояниями.
Наблюдения Чандра за Terzan 5 CX1 показывают, что в 2003 году система действовала как рентгеновская двойная звезда, поскольку её рентгеновское излучение было ярче, чем от любого из десятков других источников в шаровом скоплении. Это являлось признаком того, что нейтронная звезда, вероятно, накапливала материю.
По данным от Чандра, полученным с 2009 по 2014 год, рентгеновское излучение системы Terzan 5 CX1 стало слабее примерно в десять раз. Кроме того, в 2012 и 2014 годах астрономы наблюдали её как источник радиоизлучения с помощью Сверхбольшой Антенной Решётки (VLA).
Количество радио- и рентгеновского излучения и соответствующие спектры (количество излучения на разных длинах волн) согласуются с предположениями о миллисекундном пульсаре. Эти результаты означают, что Terzan 5 CX1 стал вести себя как миллисекундный пульсар, выдувая материю вовне.
Когда же телескоп Чандра снова наблюдал Terzan 5 CX1 в 2016 году, рентгеновское излучение объекта стало ярче, и он снова начал действовать как рентгеновская двойная система звёзд с низкой массой.
Чтобы подтвердить эту модель поведения "Джекилла и Хайда", астрономам необходимо зафиксировать радиоимпульсы при слабом излучении Terzan 5 CX1 в рентгеновском диапазоне.
Для обнаружения этой двойственности в поведении планируется проведение дополнительных радио- и рентгеновских наблюдений, а также тщательные поиски импульсов в накопленных данных.
Известны только три подтверждённых примера подобных систем с переменной идентичностью, первая из которых была обнаружена в 2013 году с использованием Чандра и нескольких других рентгеновских и радиотелескопов.
Исследование бинарной системы "Джекилл и Хайд" проводилось под руководством Араша Бахрамяна из Международного центра радиоастрономических исследований (ICRAR) в Австралии и было опубликовано в выпуске Astrophysical Journal (Астрофизического журнала) от 1 сентября 2018 года.
В двух других недавних исследованиях скопления Terzan 5 с использованием наблюдений телескопа Чандра изучался процесс восстановления нейтронных звёзд в двух различных рентгеновских двойных системах со звёздами малой массы после того, как большое количество вещества было сброшено на их поверхность от звезды-компаньона. Такие исследования важны для понимания структуры внешнего слоя нейтронной звезды, известной как её кора.
В одном из этих исследований было выявлено, что вещество в маломассивной рентгеновской двойной системе Swift J174805.3-244637 (или сокращённо T5 X-3), сброшенное на нейтронную звезду во время рентгеновской вспышки, обнаруженной Чандрой в 2012 году, нагревало кору звезды.
Затем кора нейтронной звезды остыла, и потребовалось около ста дней, чтобы система вернулась к температуре, наблюдавшейся до вспышки. Скорость остывания согласуется с компьютерной моделью подобного процесса.
В отдельном исследовании при помощи Чандра другой низкомассивной рентгеновской двойной системы звёзд в Terzan 5, IGR J17480-2446 (или кратко T5 X-2), учёные измерили температуру нейтронной звезды, когда она всё ещё остывала через пять с половиной лет после рентгеновской вспышки.
Эти результаты показывают, что способность коры этой нейтронной звезды передавать или проводить тепло может быть ниже, чем у других остывающих нейтронных звёзд в маломассивных рентгеновских бинарных системах. Различие в способности проводить тепло может быть связано с тем, что T5 X-2 имеет более мощное магнитное поле по сравнению с другими остывающими нейтронными звёздами или же эта система намного моложе, чем T5 X-3.
Источник: https:// www.nasa.gov/ mission_pages/ chandra/ cosmic-jekyll-and-hyde.html