Астрономы исследуют улики с места космического преступления, на котором погибла массивная звезда, оставив после себя чрезвычайно магнитную «мертвую» звезду, называемую магнетаром.
Магнетары — это разновидность нейтронных звезд, но с магнитными полями в тысячи раз более сильными. Как и другая разновидность нейтронной звезды, пульсар, магнетары вращаются невероятно быстро. Ученые хотят узнать, какие условия приводят к созданию магнетара и чем они отличаются от условий, в которых рождается пульсар — «обычная» нейтронная звезда.
Чтобы разгадать эту тайну, группа исследователей с помощью системы Very Long Baseline Array (VBLA) изучила магнетар под названием Swift J1818.0-1617, который находится на расстоянии около 22 000 световых лет от Земли. Это не только делает Swift J1818.0-1617 относительно близким, но и после его открытия в 2020 году астрономы вскоре определили, что он является самым молодым магнетаром из когда-либо наблюдавшихся. Swift J1818.0-1617 также является самым быстро вращающимся магнетаром из всех известных нам, совершая полный оборот примерно раз в 1,5 секунды.
«Механизм образования магнетаров до сих пор остается загадкой, которую мы хотели бы понять«, — сказал в своем заявлении руководитель группы Хао Дин из Национальной астрономической обсерватории Японии.
Магнетары, как и все нейтронные звезды, рождаются при гибели массивных звезд. Когда такие звезды исчерпывают запасы топлива, необходимого для ядерного синтеза в их ядрах, энергия, которая поддерживала их против внутреннего давления их собственной гравитации, заканчивается.
В результате космическое «перетягивание каната» между гравитацией и радиационным давлением, бушевавшее миллионы лет, завершается, и гравитация побеждает. Когда ядро звезды разрушается, оно посылает ударные волны через внешние слои, вызывая взрыв сверхновой, который отбрасывает эти слои от ядра.
В результате умирающая звезда теряет большую часть своей массы, оставляя ядро с массой, в один-два раза превышающей массу Солнца, диаметром около 19 километров.
Вещество нейтронной звезды настолько плотное, что если зачерпнуть чайную ложку и доставить ее на нашу планету, то она будет весить около 10 миллионов тонн.
Быстрое разрушение ядра также приводит к тому, что нейтронная звезда значительно увеличивает скорость своего вращения. Это происходит благодаря сохранению углового момента, и подобный эффект можно наблюдать на Земле, хотя и в гораздо меньших масштабах, когда конькобежец втягивает руки, чтобы увеличить скорость вращения.
Некоторые недавно образовавшиеся нейтронные звезды могут вращаться со скоростью до 700 раз в секунду. Эти нейтронные звезды также могут выпускать пучки излучения со своих полюсов, которые, вращаясь, распространяются по всему космосу. Такие «космические маяки» называются пульсарами.
Коллапс звездного ядра имеет и другое последствие. Линии магнитного поля умирающей звезды сжимаются, что приводит к усилению напряженности магнитного поля. В результате нейтронные звезды обладают невероятно мощными магнитными полями.
Однако некоторые нейтронные звезды доходят до крайности, обладая самыми мощными магнитными полями в известной Вселенной. Например, у этих мертвых звезд магнитное поле в квадриллион (1, за которым следуют 15 нулей) раз мощнее, чем магнитное поле Солнца.
В настоящее время астрономы не знают, какова продолжительность жизни магнетара.
Предполагается, что экстремальные рентгеновские выбросы, связанные с этим типом нейтронных звезд, связаны с быстрым распадом их магнитного поля. Быстрое вращение магнетаров также приводит к тому, что окружающая плазма плотно обволакивает мертвую звезду. Это вызывает так называемое «синхротронное излучение», которое приводит к испусканию менее энергичного света в виде радиоволн.
Это может означать, что сильно магнитные нейтронные звезды могут быстро терять энергию, а молодые нейтронные звезды могут проводить меньше времени в качестве магнетаров, чем в качестве пульсаров — но это ученые хотят выяснить наверняка.
«Магнетары очень молоды, потому что они не могут продолжать отдавать энергию с такой скоростью очень долго«, — сказал Динг. Исследователь добавил, что для того, чтобы знать это наверняка, ученым необходимо знать, с какой скоростью двигался магнетар, когда он только что был создан.
Swift J1818.0-1617 пригодится в этом случае, поскольку его возраст оценивается всего в несколько сотен лет. Кроме того, этот магнетар находится так близко к Земле, что VLBA может использовать концепцию, называемую «параллакс».
Исследование команды показало, что поперечная скорость Swift J1818.0-1617 является самой низкой среди всех магнетаров, наблюдавшихся до сих пор. Теперь эта информация может быть использована для определения условий рождения этой конкретной нейтронной звезды. Затем эти результаты можно будет сравнить с аналогичными определениями условий рождения пульсаров и нейтронных звезд, чтобы понять, что заставляет умирающую звезду двигаться по одному из этих трех «путей», а не по другому.
Хотя Дингу и его коллегам потребуется еще много наблюдений, прежде чем они смогут определить, почему нейтронные звезды принимают форму магнетаров, эти предварительные результаты, похоже, позволяют кое-что предположить об эволюции нейтронных звезд.
По словам Динга, результаты исследования уже говорят о том, что магнетары вряд ли формируются в тех же условиях, что и молодые пульсары, а это означает, что эти мощные магнитные нейтронные звезды рождаются в экстремальных и экзотических условиях.
