Учените разбраха защо неутронните звезди светят толкова ярко

Изключително ярките неутронни звезди по някакъв начин нарушават това, което се смяташе за твърд и непоклатим закон на физиката. Те събират материя със скорост, която би трябвало да е невъзможна.

Досега са открити четири от невероятно „гладните“ звезди, като последните са описани в публикация в сп. Nature Astronomy. Малкият брой не е непременно индикатор за рядкост. Първата от тях е открита едва през 2014 г. чрез набора от ядрени спектроскопични телескопи (NuStar) на НАСА.

Именно тогава, през 2014 г., неутронната звезда определи окончателно причината за явление, известно като ULX, което първоначално бе наблюдавано през 80-те години. ULX означава „ултра-светлинен рентгенов източник“ и характеризира астрономически източник на рентгенови лъчи, който е по-малко ярък от галактическото ядро, но по-светъл от почти всичко останало.

ULX е по-ярка от всяка известна звезда. Повечето галактики изглежда притежават по една, макар някои от тях да имат няколко. Нашата галактика, Млечният път няма нито една, което е достатъчно любопитно само по себе си.

Ключовата характеристика, която прави ULX много интересни е, че те рутинно надхвърлят това, което е известно като граница на Едингтън за неутронните звезди и черни дупки.

Границата на Едингтън определя точката, при която външното налягане на радиацията на звездата съвпада със силата на привличане причинено от гравитацията към вътрешността на звездата. Излизането отвъд тази граница би било теоретично невероятно разрушително, като осветеността – външната радиация – насилствено дезинтегрира най-външните слоеве на звездата, докато границата отново се постигне и равновесието се възстанови.

Благодарение на това любопитно качество, дебатът се разпали какъв може да бъде източникът на ULX. Едно проучване през 2001 г. предпазливо предположи, че отделните ULX могат да съдържат изключително масивни черни дупки.

Друго изследване, направено през 2003 г., предположи наличието на така наречените „междинни черни дупки“. Най-новото, трето проучване през 2017 г., достигна до заключението, че „ULX най-вероятно трябва да съставляват свой хомогенен клас обекти“.

През 2014 г. обаче, екип използващ данните от НАСА идентифицира истинския източник на поне един ULX – магнетизиран пулсар или неутронна звезда в галактиката на звездите, известна като Месие 82.

Това изследване може да е разрешило една мистерия, но извади на показ много други. Учените, ръководени от Матео Бачети от университета Тулуза във Франция отбелязват, че неутронната звезда на ULX не само е прекъсвала границата на Едингтън, но и е постигнала 100 пъти по-голяма яркост, отколкото би трябвало.

Това означава, че пулсарът е 10 пъти по-ярък от който и да е друг откриван някога. Откритието, отбелязват Бачети и колегите му, повдига въпроса за възможността „неутронните звезди да не са рядкост в ултра-светлинната рентгеновата популация“. Освен това учените казват, че находката „поставя предизвикателства пред моделите на физиката“.

Сега, благодарение на екип, воден от Мъри Брайтман от Калифорнийския технологичен институт в САЩ, откритите неутронни звезди ULX не са толкова редки, но все така оспорват физическия модел.

„По същия начин, по който сме ограничени да приемаме определено количество храна, има граници и за това, колко бързо неутронните звезди могат да натрупат материя“, казва Брайтман.

„В същото време обаче, ULX по някакъв начин нарушават тази граница и натрупват материя надхвърляща разбираемото, за да освободят такива невероятно ярки рентгенови лъчи, и ние не знаем защо“, допълва той.

Последната потвърдена неутронна звезда ULX е в спирална галактика, наречена M51, на около 28 милиона светлинни години от Слънчевата система. За да я идентифицира, екипът е използвал архивни рентгенови данни, събрани от рентгеновата обсерватория „Чандра“ на НАСА.

Изследователите са успели да потвърдят, че източникът на ултра-ярките рентгенови лъчи е неутронна звезда, а не някоя черна дупка, тъй като данните от „Чандра“ включват аномално потапяне в светлинния спектър на ULX.

Това потапяне е идентифицирано като явление, известно като разсейване на циклотронния резонанс – нещо, което се случва, когато положително заредени протони или отрицателно заредени електрони, кръжат около магнитно поле. Това е определено като силен идентификатор, защото черните дупки нямат магнитни полета, докато неутронните звезди имат.

Както всичко останало свързано с тези мистериозни обекти, откриването на разсейването на циклотронен резонанс може само да увеличи броя на възникналите въпроси.

„Ако циклотронната линия е от протони, тогава знаем, че тези магнитни полета около неутронната звезда са изключително силни и могат да помогнат да се прекъсне границата на Едингтън“, казва Брайтман.

Ако от друга страна те са електрони, тогава магнитното поле не би било особено силно и следователно не би допринесло за прекъсване на границата, което означава, че други, неизвестни досега сили вероятно действат.

За да се опитат да разрешат проблема, Брайтман и колегите му отново се задълбават в данните за ULX на „Чандра“ и се опитват да намерят повече доказателства за разсейването на циклотронния резонанс. Те също така възнамеряват да проследят наличната информация за трите други потвърдени ULX неутронни зверове, за да видят дали има разсейване и при тях.

„Откритието, че тези много ярки обекти, дълго време смятани за черни дупки с маси до 1000 пъти повече от тази на слънцето, се захранват от неутронни звезди с много по-малка маса, беше огромна научна изненада“, казва Фиона Харисън, главен изследовател на НАСА Мисия NuStar.

„Сега бихме могли да получим по-ясни физически улики, как тези малки обекти могат да бъдат толкова мощни“, допълва тя пред списание Cosmos.

Засега ULX продължават да объркват астрономите.