Атмосфера у нейтронной звезды

Следующую работу представила группа российских и немецких астрономов. Ученые исследовали молодую нейтронную звезду (НЗ) HESS, в излучении которой не было обнаружено периодичной переменности, характерной для таких объектов. Кроме того, расстояние до нее, вычисленное на основе ее наблюдаемых яркости и спектра, сильно противоречило измеренному ранее расстоянию до остатка вспышки сверхновой G353.6-0.7, связанного с нейтронной звездой. Авторы объясняют и то и другое, а попутно делают вывод о наличии у этой звезды тонкой углеродной атмосферы.

Один из классов нейтронных звезд (правда, весьма малочисленный) это так называемые «компактные центральные объекты» (Central Compact Objects, CCO). Это молодые горячие нейтронные звезды, наблюдающиеся в центре остатков недавно вспыхнувших сверхновых звезд. Собственно, они и есть то, что осталось от взорвавшейся массивной звезды.

Разогретые энергией взрыва, эти десятикилометровые в диаметре звезды обладают температурой поверхности в несколько миллионов градусов и излучают преимущественно в рентгеновском диапазоне. У некоторых CCO были обнаружены быстрые (с периодом в несколько секунд) пульсации излучения. Так же, как и случае с пульсарами — близкими родственниками CCO — эти пульсации связывают с быстрым вращением НЗ и «пятнистостью» из-за неравномерности нагрева ее поверхности. (Пятна на солнце, будучи более холодными, тоже выглядят более темными; правда, «пятна» на нейтронной звезде имеют совсем другое происхождение).

Однако если переменность излучения не наблюдается, как в данном случае, то, значит, либо звезда прогрета более или менее равномерно, либо ось ее вращения направлена строго на наблюдателя. Последнее, впрочем, имеет маленькую вероятность.

Авторы статьи использовали данные наблюдений J1731-347 орбитальной рентгеновской обсерваторией XMM-Newton. Они подтвердили, что, действительно, излучение НЗ не показывает периодичности на временах до 0.2 миллисекунды. А вероятность того, что звезда вращается еще быстрее, почти ничтожна. Поэтому, заключают авторы, поверхность звезды прогрета равномерно. А это предположение позволяет легко оценить расстояние до звезды, если известен ее спектр (а значит, и температура). Это возможно благодаря тому, что звезда светит почти как абсолютно черное тело, для последнего же существует простая связь между температурой и светимостью. Сравнивая вычисленную светимость с наблюдаемым потоком, мы тут же получаем и расстояние.

И, будучи посчитанным таким методом, оно оказалось равным примерно 30 килопарсекам. Это очень далеко для объекта, находящегося в нашей Галактике (которая полностью укладывается в это расстояние). И гораздо больше тех 4-5 килопарсек, которые были получены независимо как расстояние до остатка сверхновой G353.6-0.7.

Это противоречие авторам удалось решить, предположив, что у наблюдаемой НЗ есть тонкая (всего в несколько сантиметров) углеродная атмосфера. Излучение поверхности звезды, прошедшее через такую атмосферу, делает звезду эффективно ярче, и это заставляет нас относить ее дальше в пространстве. Аккуратное моделирование спектра горячей нейтронной звезды с углеродной атмосферой показало, что он будет очень близок к наблюдающемуся в действительности.

Таким образом, у молодой нейтронной звезды была открыта атмосфера. Правда, надо оговорится, это уже второй подобный случай. Несколько лет назад подобное исследование было проведено для другого компактного центрального объекта — Кассиопея-A, в котором предположение об атмосфере также снимало ряд противоречий.