Нереално ярък пулсар разклати теориите на астрофизиците

Американската орбитална обсерватория NuSTAR случайно откри, че свръхярък източник на излъчване в галактиката Цигара, отдалечен от нас на 12 млн. светлинни години, не е малка черна дупка, а най-яркият и изключително необичаен пулсар.

Тази мъртва звезда „изяжда“ заобикалящата я материя с рекордни темпове и според оценките на участниците в пресконференция, проведена в Лабораторията за реактивно движение на НАСА, тя може да се превърне в истинска черна дупка в близкото по космически мерки бъдеще.

„Винаги сме смятали, че всички мощни ултраярки източници на рентгеново лъчение, които са открити в заобикалящата ни Вселена в последните години, са черни дупки. Когато за първи път видяхме пулсациите в данните, постъпващи от телескопа, си помислихме, че те излизат от друг източник на излъчване“, разказва Матео Бачети от университета на Тулуза, един от първооткривателите на мъртвата „суперзвезда“.

Както обяснява Пол Херц, ръководител на астрофизичните изследвания в НАСА, въпросното откритие е извършено случайно. Орбиталният телескоп NuSTAR е пуснат през юли 2012 година, за да надниква към центровете на свръхмасивните черни дупки и да разкрива тайните на раждането на галактиките в младините на Вселената, а не за наблюдения на пулсари, чието излъчване просто не би трябвало да „вижда“.

Миналата година NuSTAR наблюдавал относително голямата и активна галактика М82, която астрономите често наричат „Цигара“ поради формата ѝ и ъгъла на наклона спрямо наблюдателите на Земята. В началото на новото хилядолетие с телескопа „Чандра“ в нея бил открит тайнственият рентгенов източник М82 X-1.

Неговата свръхвисока яркост накарала учените да подозират, че имат работа с черна дупка с т.нар. промеждутъчна маса, но дълго не могли да докажат това поради проблеми с наблюденията на центъра на М82. През август тази година американските астрономи изчислили примерната маса на черната дупка, която се оказала 400 пъти по-тежка от Слънцето.

Недалече от тази, както се оказало, уникална и изключително ненаситна черна дупка бил открит още един ултраярък източник на рентгеново лъчение, получил името M82 X-2. Научният екип на NuSTAR решил да убие два заека наведнъж и посветил две седмици от работата на телескопа на тази многообещаваща черна дупка.

„Когато гледах към този източник, бях абсолютно сигурен, че той е черна дупка. Интересуваха ме малките флуктуации в излъчването, които обикновено използваме за оценка на масата на черната дупка. Но когато видях данните с NuSTAR, разбрах, че сигналът не просто се менеше – той пулсираше, а черните дупки не могат да правят това. Той пулсираше толкова бързо и толкова стабилно, че можеше да е само от въртяща се неутронна звезда, пулсар“, обяснява Бачети.

В какво е разликата между черните дупки и пулсарите? Днес астрономите смятат, че те възникват при сходни условия и се явяват по същина останки от мъртви светила, лишени от запасите звездно гориво – водород и хелий. Изчерпвайки запасите на термоядрено гориво, престарялата звезда бързо се свива под действието на гравитацията, в резултат на което част от нейната материя се изхвърля в околното пространство и се нагрява до свръхвисоки температури, а остатъците от звездата се превръщат в пулсар или черна дупка.

Звездите, чието ядро е по-тежко от Слънцето, завършват своя живот различно – при такава маса неутроните вече не могат да противостоят на обятията на гравитацията и такива светила пропадат в себе си, превръщайки се в черна дупка.

Подобен механизъм на образуване е верен само за малките черни дупки, чиято маса превишава слънчевата 8-50 пъти. Свръхмасивните черни дупки в центровете на галактиките и техните предполагаеми „предци“, черните дупки с промеждутъчна маса, възникват по друг начин, който засега остава неизвестен за учените.

Галактиката M82.                                                      © NASA / JPL-Caltech/SAO/NOAO

Както пояснява Херц, загадката и проблемът за съвременните астрофизици се заключава в това, че яркостта на M82 X-2 в рентгеновия диапазон е 10 милиона пъти по-висока, отколкото аналогичния показател за всички типове излъчване на Слънцето.

Това означава, че пулсарът привлича върху себе си материята на невидимо за нас светило спътник с огромна скорост, превишавайки теоретичния предел 10 пъти, и преобразува практически цялата нейна енергия в рентгеново лъчение. Подобни апетити, подчертават учените, са характерни за черните дупки и никога не са срещани от астрономите при наблюдения на пулсари.

„Този пулсар притежава най-силното магнитно поле, което захваща и пренасочва изяжданата от него материя към полюсите на мъртвата звезда, където тя се нагрява до свръхвисоки температури, често достигащи 10 милиона градуса (по Келвин).

Благодарение на това подобни обекти се превръщат в гигантски въртящ се рентгенов прожектор или маяк, чийто лъч понякога преминава по Земята. Ние знаем за съществуването на безкрайно множество пулсари, но никога не сме откривали толкова ярък обект и засега нямаме идея как изобщо това е възможно от гледна точка на физиката“, продължава ученият.

Според канадския теоретик Джанет Гладстоун откриването на NuSTAR ще принуди нейните колеги да преразгледат не само теориите, описващи поведението на пулсарите, но и отново да помислят върху това как са устроени и как поглъщат материя черните дупки.

Тя смята, че в бъдеще излъчването на M82 X-2 ще даде на учените ключ към разбирането на това, как възникват свръхмасивните черни дупки в центровете на галактиките и как те успяват да растат със скорост, превишаваща теоретичните предели.

Отговаряйки на въпроси на журналисти, ръководителят на научния екип на NuSTAR Фиона Харисън не изключила възможността, че мъртвата звезда може да се превърне в истинска черна дупка в бъдеще благодарение на това, че тя поглъща огромно количество материя, чийто обем е равен на „диетата на черната дупка“.

„Разбира се, това няма да се случи през нашия живот, но M82 X-2 трябва да се превърне в черна дупка в близко време по мерките на астрономията и сроковете на живот на звездите, галактиките и други космически обекти. Това ще се случи тогава, когато пулсарът достигне маса, превишаваща аналогичния показател за Слънцето два-три пъти“, заключава астрономът.