Рентген вместо ультрафиолета: вот почему нейтронные звёзды дуют иначе, чем чёрные дыры

Космическая миссия XRISM, созданная совместно японскими и европейскими учёными, дала новое представление о том, как ведут себя звёздные ветры. С помощью спектрометра Resolve удалось зафиксировать необычно плотный и "медленный" поток вещества от нейтронной звезды GX13+1.

Неожиданная находка

25 февраля 2024 года прибор Resolve направили на GX13+1 — систему, в которой газовый диск падает на поверхность нейтронной звезды и излучает рентген. Накануне объект неожиданно усилил яркость, превысив предел Эддингтона — границу, когда излучение начинает "сдувать" материю в пространство.

"Когда мы впервые увидели такое обилие деталей в данных, нам показалось, что мы стали свидетелями революционного результата", — сказал научный сотрудник проекта ESA XRISM Маттео Гуайнацци.

Ожидалось, что ветер будет сверхбыстрым, как у чёрных дыр, но всё оказалось иначе.

Ветер, который "ползёт"

Вместо скоростей, достигающих 20-30 % скорости света, GX13+1 выбросил газ со скоростью около 1 млн км/ч. Для земных масштабов это колоссально, но для астрофизики — медленно.

"Меня до сих пор удивляет, насколько "медленный" этот ветер и насколько он густой. Это всё равно что смотреть на Солнце сквозь туман", — отметил астрофизик Крис Доун.

В отличие от быстрых и рваных потоков у чёрных дыр, здесь наблюдается плотный и плавный отток.

Почему так происходит

Учёные предполагают, что разница связана с температурой и спектром излучения диска:

• Чёрные дыры излучают больше в ультрафиолете, который активно взаимодействует с ионами и "разгоняет" газ.

• Нейтронные звёзды излучают в рентгене, и фотоны здесь создают более плотные, но медленные потоки.

Эта простая разница в энергии фотонов может объяснить, почему два схожих по мощности объекта ведут себя по-разному.

Почему это важно

Звёздные ветры формируют не только окрестности звезды, но и судьбу целых галактик:

• они могут сжимать облака и запускать рождение новых звёзд;

• могут нагревать газ и тормозить формирование звёзд;

• в крайних случаях влияют на рост галактик.

Даже ветры от нейтронных звёзд меняют баланс энергии и вещества в окрестном пространстве.

Как XRISM меняет науку

Resolve фиксирует тончайшие детали в спектре излучения — своеобразные "отпечатки" атомов. Это позволяет измерять скорость, толщину и структуру потока. По сути, спектр становится аналогом прогноза погоды: он показывает, куда и с какой силой "дует" звёздный ветер.

Сравнение звёздных ветров

Ошибка → Последствие → Альтернатива

• Ошибка: считать, что все объекты на пределе Эддингтона создают одинаковые ветры.
  Последствие: искажённые модели эволюции звёзд и галактик.
  Альтернатива: учитывать спектр излучения и температуру диска как ключевые факторы.

А что если…

Если подобные "медленные" ветры окажутся не редкостью, придётся пересматривать модели не только звёздной эволюции, но и роста галактик. Это может объяснить, почему некоторые звёздные системы "живут дольше", чем ожидали теоретики.

Плюсы и минусы открытия

FAQ

Что такое предел Эддингтона?
Это точка, когда давление излучения уравновешивает силу притяжения, и материя начинает уноситься ветром.

Чем ветер от нейтронной звезды отличается от чёрной дыры?
Он плотнее и медленнее, тогда как у чёрных дыр — быстрый и прерывистый.

Почему это важно для нас?
Такие процессы определяют, как рождаются звёзды и развиваются галактики, а значит — и эволюцию Вселенной.

Три интересных факта

1. GX13+1 известна своей переменной яркостью и входит в число самых ярких рентгеновских источников на небе.

2. Ветры нейтронных звёзд могут переносить вещества, включая тяжёлые элементы, в межзвёздное пространство.

3. XRISM стал преемником миссий Hitomi и Suzaku и впервые применил столь точный спектрометр в орбите.

Исторический контекст

Идея изучения звёздных ветров появилась ещё в 1960-х, когда впервые обнаружили рентгеновские источники в космосе. Но только современные инструменты, такие как XRISM, позволили увидеть детали потоков и понять, что универсальных "рецептов" поведения у таких систем нет.