Астрономы получили детальную фотографию необычной струи, напоминающей S-образный след садового разбрызгивателя, исходящей от нейтронной звезды. Эта необычная структура образуется в результате изменения направления струи, вызванного колебанием диска горячего газа вокруг звезды — процесса, известного как прецессия. Ранее прецессия наблюдалась только у чёрных дыр, но не у нейтронных звёзд.

Объект, о котором идет речь, находится в двойной системе Circinus X-1, расположенной на расстоянии более 30 000 световых лет от Земли. Нейтронная звезда в этой системе образовалась из ядра массивной сверхгигантской звезды, которая коллапсировала примерно в то же время, когда был построен Стоунхендж. Плотность нейтронной звезды настолько высока, что чайная ложка её вещества весит столько же, сколько гора Эверест.

Двойные системы состоят из двух звёзд, связанных гравитацией. В случае Circinus X-1 одна из звёзд является нейтронной звездой. Как нейтронные звёзды, так и чёрные дыры образуются, когда самые большие звёзды во Вселенной умирают и разрушаются под действием собственной гравитации. Однако чёрные дыры значительно массивнее и могут быть обнаружены только по их гравитационному воздействию, в то время как нейтронные звёзды можно наблюдать напрямую, несмотря на их плотность. Нейтронные звёзды являются одними из самых экстремальных объектов во Вселенной, их недра почти полностью состоят из нейтронов.

Радиоизображение с телескопа MeerKAT, показывающее Circinus X-1 в центре, внутри сферического остатка сверхновой, в которой он образовался. На изображении видны ударные волны, а S-образная структура в джетах затемнена ярким источником на заднем плане.
Источник: Fraser Cowie, Attribution (CC BY 4.0)

Группа астрономов Оксфордского университета под руководством Фрейзера Коуи обнаружила эту необычную струю, исходящую от нейтронной звезды. Они использовали радиотелескоп MeerKAT в Южной Африке для создания подробных изображений Circinus X-1 с высоким разрешением. Снимки, представленные на Национальном астрономическом собрании, включают первое в истории изображение S-образного джета, исходящего от нейтронной звезды. Подробное исследование может помочь разгадать экстремальную физику, лежащую в основе этого астрономического явления.

Ранее существовала ещё одна система, известная своими S-образными джетами, называемая SS433. Однако последние результаты показывают, что этот объект, скорее всего, является чёрной дырой. «Это изображение — первый раз, когда мы увидели убедительные доказательства прецессирующего джета от известной нейтронной звезды. Это доказательство получено как из симметричной S-образной формы радиоизлучающей плазмы в струях, так и из быстрой, широкой ударной волны, которая может быть создана только при изменении направления струи», — сказал Коуи.

Огромная плотность нейтронной звезды создаёт мощную силу гравитации, которая вытягивает газ из звезды-компаньона, образуя вокруг неё диск горячего газа, который по спирали спускается к её поверхности. Этот процесс, называемый аккрецией, высвобождает огромное количество энергии в секунду с мощностью, превышающей миллион Солнц. Часть этой энергии питает джеты — узкие пучки исходящего материала из двойной системы, движущиеся со скоростью, близкой к скорости света.

Недавние усовершенствования телескопа MeerKAT привели к превосходной чувствительности и более высокому разрешению изображений. С их помощью команда увидела чёткие доказательства S-образной структуры в струе Circinus X-1. Кроме того, исследователи обнаружили движущиеся конечные ударные волны — первые зарегистрированные в рентгеновской двойной системе. Это области, где струя врезается в окружающий материал, вызывая ударную волну. Команда Коуи измерила волны, движущиеся со скоростью примерно 10% от скорости света, подтвердив, что они были вызваны быстро движущейся струёй, а не чем-то более медленным, например, вихрем вещества со звёзд.

Circinus X-1 является одним из самых ярких объектов в рентгеновском диапазоне и изучается уже более полувека. Однако, несмотря на это, она остаётся одной из самых загадочных систем. «Некоторые аспекты её поведения недостаточно хорошо объяснены, поэтому очень интересно и важно помочь пролить новый свет на эту систему, опираясь на 50 лет предыдущих исследований.», — заключил Коуи.