Международная команда астрономов под руководством Марии Кристины Баглио из Национального института астрофизики (INAF) впервые определила источник рентгеновского излучения в редкой двойной системе, содержащей миллисекундный пульсар. Используя данные спутника NASA IXPE (Imaging X-ray Polarimetry Explorer), исследователи обнаружили, что рентгеновские лучи исходят не из аккреционного диска, как предполагалось ранее, а из ветра пульсара.
Объектом изучения стала система PSR J1023+0038, также известная как J1023. Это переходный миллисекундный пульсар, который попеременно то поглощает вещество от звезды-компаньона, то излучает радиоимпульсы. Такие переходные пульсары представляют собой редкую эволюционную фазу нейтронных звезд в двойных системах и служат уникальными лабораториями для изучения физических процессов, управляющих их активностью.
Чтобы определить происхождение рентгеновского излучения, ученые сравнили поляризацию рентгеновского света, зафиксированную IXPE, с оптической поляризацией, измеренной на Very Large Telescope (ESO). Результаты показали, что оба типа излучения имеют одинаковый угол поляризации, что прямо указывает на их общий источник — релятивистский ветер, создаваемый пульсаром.
IXPE — единственная на сегодняшний день космическая обсерватория, способная измерять поляризацию рентгеновских лучей. Наблюдения за J1023 стали первым случаем исследования двойной системы с такими характеристиками. В работе также использовались данные радиотелескопа Very Large Array (VLA) в Нью-Мексико.
Новая интерпретация рентгеновского излучения в двойных системах
Измерения IXPE показали, что степень поляризации рентгеновских лучей составляет 12%, а их ориентация совпадает с оптическим излучением. Это согласование служит прямым доказательством того, что наблюдаемое излучение формируется преимущественно ветром пульсара — потоком заряженных частиц и магнитных полей, порождаемых быстрым вращением нейтронной звезды.
Когда этот ветер взаимодействует с веществом в системе, особенно с аккреционным диском, возникает ударная область, где частицы разгоняются почти до скорости света, производя поляризованное излучение.
Это открытие опровергает прежние гипотезы, согласно которым рентгеновское излучение генерировалось в основном самим аккреционным диском. Результаты исследования важны не только для понимания отдельных объектов, но и для моделирования физических процессов в двойных системах с нейтронными звездами. Поляриметрия доказала свою ключевую роль в изучении геометрии и физики экстремальных магнитных полей.
Переходные процессы и аккреция: наблюдение эволюции в реальном времени
PSR J1023+0038 — не обычный пульсар. Это одна из немногих известных звезд, демонстрирующих четкие переходы между состоянием радиопульсара и фазой аккреции. В эти моменты система превращается в астрофизическую лабораторию, позволяющую понять, как эволюционирует миллисекундный пульсар и какие механизмы управляют сменой его состояний.
Исследование проводилось при ведущей роли INAF: итальянские ученые руководили проектом и анализировали данные. Мария Кристина Баглио пояснила:
«Сравнение поляризации в рентгеновском и оптическом диапазонах позволило нам определить источник излучения и лучше понять взаимодействие между пульсаром и окружающим веществом.«
Благодаря IXPE, а также инструментам вроде NICER и наземным телескопам, ученые получают все более полную картину экстремальных условий вокруг пульсаров. Система J1023 стала первым примером того, как рентгеновская поляриметрия раскрывает физику двойных систем с нейтронными звездами, и может стать ориентиром для будущих исследований подобных объектов.
Исследование опубликовано в The Astrophysical Journal Letters.