Открыта нейтронная звезда со светимостью, не поддающейся закону физики
Странные экзотические космические объекты настолько ярки, что излучают почти в 10 миллионов раз больше энергии, чем Солнце. Один из них, отнесенный к категории потенциальных “сверхсветящихся рентгеновских источников” (ULX), был идентифицирован как нейтронная звезда, яркость которой противоречит закону физики, называемому пределом Эддингтона.
Предел Эддингтона представляет собой значение светимости, которое объект не может превысить, исходя из своего размера или массы. Фактически, во Вселенной любой объект, вступающий в контакт с фотонами, претерпевает небольшое усиление. В случае ULX давление фотонов настолько интенсивно, что превышает гравитационное. Таким образом, предел Эддингтона превышен, и атомы, составляющие объект, теоретически должны быть выброшены. Однако известно, что ULX регулярно превышают предел Эддингтона в 100-500 раз без изменения своей структуры.
Ранее исследователи предполагали, что ULX на самом деле являются черными дырами. Газ и пыль, притягиваемые их гравитацией, излучают свет, повышая свою температуру. Поэтому материалы, притягиваемые гравитацией ULX, могли бы быть источником их светимости. Тем не менее наблюдение, проведенное в 2014 году, идентифицировало одну из них, M82 X-2, как нейтронную звезду.
Вторая гипотеза предполагает, что эта видимая яркость, которая, кажется, превышает предел Эддингтона, может быть результатом оптической иллюзии. Сильные ветры звезды образуют полый конус вокруг источника света, концентрируя большую часть излучения в одном направлении. Если конус направлен в сторону Земли, это может создать своего рода оптическую иллюзию, из-за которой ULX кажется настолько яркой, что превышает свой предел яркости, по крайней мере, с нашей потенциально необъективной точки зрения.
Результаты нового исследования, описанные в журнале , подтверждают гипотезу о нейтронной звезде. Результаты включают расчеты, которые соотносят светимость ULX с магнитным полем нейтронных звезд. “Эти наблюдения позволяют нам увидеть эффекты этих невероятно сильных магнитных полей, которые мы никогда не сможем воспроизвести на Земле с помощью современных технологий“, — объясняет ведущий автор исследования Маттео Бачетти, астрофизик из Астрономической обсерватории Кальяри, Италия.
Нейтронная звезда, деформирующая свои атомы
Нейтронные звезды образуются, когда звезды с массой в 8-20 раз больше массы Солнца достигают конца своей жизни и взрываются в сверхновые, а затем разрушаются сами на себя. Оставшееся ядро становится настолько плотным, что в нем обычно концентрируется эквивалент нескольких солнечных масс, ограниченный радиусом чуть больше небольшого города. Гравитационное притяжение на поверхности этих звезд настолько интенсивно, что может превышать земное в 100 000 миллиардов раз.
Любая материя, притягиваемая этой гравитационной силой, разгоняется до скорости в несколько миллионов километров в час и падает на поверхность звезды, высвобождая огромное количество энергии. Чтобы дать представление об этой гравитационной силе: объект размером с зефир, упавший на нейтронную звезду, ударится о ее поверхность с энергией, эквивалентной тысяче водородных бомб. Полученная в результате энергия порождает высокоэнергетическое излучение.
В целом, нейтронные звезды нельзя наблюдать с помощью видимого света, а скорее с помощью рентгеновских лучей. Наблюдения с помощью рентгеновского телескопа NuSTAR показали, что M82 X-2 ежегодно “пожирает” 9 миллиард миллиардов тонн вещества (что в 1,5 раза больше массы Земли) с близлежащей звезды. Количество вещества, попадающего на поверхность звезды, объясняет ее чрезвычайную яркость, согласно расчетам исследователей.
Кроме того, поскольку звезда превышает предел Эддингтона, не распадаясь, ученые предполагают, что ее магнитное поле настолько интенсивно (в миллиарды раз сильнее самых сильных магнитов на Земле), что деформирует составляющие ее атомы. Вытягиваясь в струну, эти атомы не отталкиваются от фотонов высокой энергии, что позволяет нейтронной звезде достигать максимальной яркости (чего не могут достичь другие объекты), не распадаясь.
