Маятник без нагрева: рентгеновская загадка PSR J0901-4046
Телескоп «Чандра» не зафиксировал рентгеновского излучения от долгопериодического радиотранзиента PSR J0901-4046 (с периодом 75,89 секунды). На расстоянии 467 парсек верхний предел его рентгеновской светимости — несколько единиц на 10²⁸ эрг/с, что в 50 раз ниже предыдущих ограничений. Эта мощность сравнима с энергией, теряемой нейтронной звездой при замедлении вращения (спиндаун-светимость), но в 10 000 раз меньше, чем ожидалось бы для белого карлика. Значит, компактный объект в этой системе — не белый карлик. Скорее, его излучение питается магнитным распадом, как у магнетаров — нейтронных звёзд с колоссальными магнитными полями. Удивительно: медленный «радиопульсар» оказался вовсе не импульсным остатком звезды.
В 1967 году астрономы поймали первый радиосигнал от далёкого космического маяка — пульсара. С тех пор открыты тысячи таких звёздных остатков, режущих пространство лучами, точно револьверная очередь. Но недавно обнаруженные медленные радиотранзиенты, вроде PSR J0901-4046 с периодом 75.9 секунды, заставили усомниться в этой стройной картине. Слишком уж неторопливо вращается этот объект, чтобы классический механизм генерации радиоизлучения работал. Чтобы вырвать из вакуума электрон-позитронные пары, нужен электрический потенциал выше 10¹² вольт — так называемая «линия смерти». А у столь медленного пульсара он едва достигает 3×10¹¹ вольт, ведь этот потенциал пропорционален (ΩR/c)², где c — скорость света. Такой маятник просто не должен звонить.
Однако природа нашла лазейку: если внутри не нейтронная звезда, а быстро вращающийся белый карлик — сжатое до размеров Земли ядро угасшей звезды, — то его гигантский момент инерции компенсирует медленное вращение. Потенциала хватало бы с лихвой. Земные лаборатории не умеют создавать такие объекты, но теоретически они должны рождаться после сверхновых, как предсказывал Фриц Цвикки ещё в 1930-х. И решающим аргументом стали глубокие наблюдения космической обсерваторией Chandra, проведённые с помощью рентгеновской спектроскопии предельной чувствительности. Идея проста: если маяк светит, то его «жар» — рентгеновское излучение от сбрасываемой вращательной энергии — должен быть виден. Но телескоп не зафиксировал ни одного фотона.
Чувствительность Chandra позволила установить верхний предел светимости: меньше 7×10²⁸ эрг/с. Для белого карлика, терявшего бы энергию вращения, ожидаемая светимость была бы в сотни раз выше. Его модель исключена. Но и для нейтронной звезды с её небольшим моментом инерции спин-даун светимость составляет те же 2×10²⁸ эрг/с — почти как верхний предел. Это означает, что рентгеновского жара практически нет, а значит, излучение рождается не за счёт вращения. Перед нами иной двигатель: магнитное пересоединение в сверхсильных полях, похожее на работу магнитара. Такой механизм способен ускорять частицы даже в почти стоячей магнитосфере, а само существование PSR J0901-4046 стирает старую «линию смерти».
Открытие длиннопериодических транзиентов — это лишь начало большого путешествия в мир экстремальной физики. Будущие обзоры неба на радиотелескопах класса Square Kilometre Array пополнят популяцию, а совместные наблюдения с детекторами гравитационных волн помогут понять, как рождаются эти магнитные монстры. Возможно, мы нащупываем путь к единой теории излучения компактных объектов, связывающей обычные пульсары, чёрные дыры и загадочные быстрые радиовсплески. И тогда старые уравнения, учитывающие даже крошечные эффекты замедления времени в поле тяжести, заиграют новыми красками. Наша Галактика оказалась богаче на тайны, чем мы думали.
🎯 Спин-даун светимость PSR J0901-4046 всего в 2×10²⁸ эрг/с — это в десять раз меньше, чем мощность излучения Солнца. Словно космическая лампочка на 2 ватта, мерцающая радиоимпульсами.
🎬 В романе Роберта Форварда «Яйцо дракона» описана форма жизни, эволюционирующая на поверхности нейтронной звезды, где время течёт в миллион раз быстрее. Наши поиски медленных пульсаров — шаг к пониманию таких экзотических миров.