Европейские астрономы провели рентгеновские наблюдения миллисекундного двойного пульсара PSR J1431−4715 с помощью спутника XMM-Newton Европейского космического агентства. Результаты наблюдательной кампании, опубликованные на сервере препринтов arXiv, дают больше информации о природе этой системы.

Пульсары представляют собой сильно намагниченные вращающиеся нейтронные звёзды, испускающие электромагнитное излучение. Самые быстро вращающиеся из них, с периодами вращения менее 30 миллисекунд, известны как миллисекундные пульсары (MSP). Исследователи предполагают, что они образуются в двойных системах, когда изначально более массивный компонент превращается в нейтронную звезду, которая затем раскручивается из-за аккреции вещества из вторичной звезды.

PSR J1431−4715, или сокращённо J1431, является двойным MSP, расположенным на расстоянии от 5250 до 8400 световых лет от Земли. С периодом вращения 2,01 миллисекунды и мощностью замедления вращения на уровне 68 дециллионов эрг/с, он является одним из самых быстрых и энергичных пульсаров.

Источник: DALL-E

Класс экстремальных двойных пульсаров с полувырожденными звёздами-компаньонами называют «паучьими пульсарами». Эти объекты классифицируются как «чёрные вдовы», если компаньон имеет чрезвычайно малую массу (менее 0,1 массы Солнца), и как «красноспинные», если вторичная звезда тяжелее.

Предыдущие наблюдения показали, что на импульсное радиоизлучение J1431 влияют сильные затмения при бинарном орбитальном периоде около 10,8 часов. Также было обнаружено, что в системе находится невырожденная звезда-донор с минимальной массой 0,12 солнечных масс, и поэтому J1431 был классифицирован как «красноспинный».

Однако, учитывая, что J1431 был открыт в 2015 году, он остаётся плохо изученным. Группа астрономов под руководством Домитиллы де Мартино из Астрономической обсерватории Каподимонте в Неаполе решила исследовать J1431 в рентгеновском диапазоне с помощью космического рентгеновского телескопа ESA XMM-Newton. Исследование было дополнено оптическими многополосными фотометрическими данными с 3,5-метрового телескопа New Technology Telescope (NTT) обсерватории ESA в Чили.

Наблюдения показали, что рентгеновский спектр J1431 лишён особенностей и соответствует нетепловому излучению со степенным фотонным индексом 1,6 и незначительным поглощением. Более того, было обнаружено присутствие теплового компонента, что может указывать на вклад нагретой «полярной шапки» в мягкое рентгеновское излучение.

Кривая блеска J1431 EPIC-pn, полученная с помощью XMM-Newton в диапазонах 0,2–12 кэВ, 0,2–4 кэВ, 4–12 кэВ. Источник: De Martino et al., 2024.

Собранные данные указывают на то, что звезда-компаньон является звездой F-типа с массой около 0,2 солнечных масс, что подтверждает природу J1431. Однако звезда-компаньон оказалась горячее, чем большинство в таких системах, её дневная и ночная температуры были измерены примерно в 7500 и 7400 К соответственно.

На основе наблюдений астрономы обнаружили, что J1431 имеет двойной наклон в 59 градусов и что система расположена примерно в 10100 световых годах от нас, то есть дальше, чем предполагалось ранее. Полученные данные также свидетельствуют о массивности пульсара, поскольку его масса, как предполагается, находится в диапазоне 1,8–2,2 солнечных масс.

Результаты этого исследования имеют важное значение для понимания природы «красноспинных» пульсаров и их роли в эволюции двойных систем. И демонстрируют потенциал рентгеновских наблюдений для изучения этих объектов и их свойств.