Астрономы при помощи радиотелескопа FAST впервые обнаружили предсказанную теоретически пару из миллисекундного пульсара и гелиевой звезды, лишенной внешней оболочки. Предполагается, что ранее система прошла через фазу общей оболочки, а пульсар раскрутился за счет активной аккреции вещества с красного гиганта. Статья опубликована в журнале Science Advances.
Миллисекундные пульсары представляют собой нейтронные звезды, порождающие периодические радиоимпульсы, входящие в двойные системы и обладающие периодами вращения менее тридцати миллисекунд. Считается, что столь быстрое вращение эти компактные объекты, которые после рождения начинают замедлять свое вращение, приобретают за счет аккреции вещества со звезды-компаньона, когда та переполняет свою полость Роша.
Однако эволюционные механизмы, приводящие к возникновению систем с миллисекундными пульсарами, не очень хорошо изучены, так как в зависимости от начальных масс звезд, входящих в пару, эволюция системы может пойти разными путями, включающими в себя одну или несколько фаз массообмена между звездами, фаз общей оболочки (когда одна из звезд расширяется настолько, что в пределах ее внешних слоев оказывается компаньон) или один или два взрыва сверхновых. В конечном итоге могут, например, образовываться системы с пульсарами-«пауками», где нейтронная звезда будет разрушать компаньона, или пара из раскрученного до миллисекундных периодов вращения пульсара и гелиевой звезды, лишенной внешней оболочки. В последнем случае подобные системы еще не наблюдались, хоть и были предсказаны теоретически.
Группа астрономов во главе с Ян Цзун Линем (Zong Lin Yang) из Национальной астрономической обсерватории Китайской академии наук сообщила, что обнаружила систему из миллисекундного пульсара и обнаженной гелиевой звезды. Ей стала система с пульсаром PSR J1928+1815, который был первоначально обнаружен в 2020 году в ходе обзора Млечного Пути наземным радиотелескопом FAST. Исследователи проанализировали изменение времени прихода радиоимпульсов от пульсара в данных наблюдений FAST за несколько лет для оценки параметров пары.
Система находится в 455 световых годах от Солнца, пульсар не обнаруживался в каталогах рентгеновских и гамма-источников, а его компаньон не был замечен в каталогах оптических и инфракрасных источников, что позволяет наложить верхнее ограничение по массе на звезду-компаньон в 1,6 массы Солнца, а также предположить, что ее излучение может ослабевать на пути к Земле из-за поглощения облаками пыли одного из спиральных рукавов Млечного Пути, за которым находится пара.
Анализ данных FAST показал, что звезда-компаньон периодически затмевает пульсар для наблюдателя, а обе звезды находятся на круговой орбите с периодом 3,6 часа. Период вращения пульсара составляет 10,55 миллисекунд, при этом он быстро теряет энергию за счет замедления, что означает, что эпизод раскрутки нейтронной звезды за счет аккреции вещества имел место не так давно. Нижний предел массы звезды-компаньона оценивается в одну массу Солнца, а масса пульсара может составлять от 1,1 до 2,2 массы Солнца. Идеи наличия массивного прото-белого карлика, нейтронной звезды или звезды главной последовательности в качестве компаньона пульсара плохо вписываются в данные наблюдений. Зато модель гелиевой звезды, которая способна обладать радиусом меньше радиуса своей полости Роша и генерировать достаточно интенсивный звездный ветер, который периодически блокирует излучение от пульсара, порождая затмения, хорошо подходит под данные. В этом случае затмения вызываются ударной волной, которая возникает при столкновении ветров от пульсара и гелиевой звезды и окружает последнюю.
Исследователи также построили модель происхождения этой системы. Вначале звезда-компаньон нейтронной звезды представляла собой звезду главной последовательности, которая затем превратилась в красного гиганта с массой от 5 до 8 масс Солнца, переполнив свою полость Роша, из-за чего шла аккреция вещества на нейтронную звезду. На этапе общей оболочки, когда пульсар и ядро звезды-компаньона оказались внутри ее внешних слоев, орбитальный импульс и энергия системы частично передавались оболочке, что привело к быстрому сжатию орбиты двойной системы и выбросу оболочки. При этом, чтобы пульсар достиг наблюдаемого периода вращения за менее чем тысячу лет, он должен был аккрециировать более 0,01 массы Солнца, что говорит о суперэддингтоновском характере аккреции. Звезды-компаньон же превратилась в лишенную внешних слоев гелиевую звезду в фазе горения гелия в ядре.
В дальнейшем система переживет еще одну фазу массообмена между звездами и превратится в пару из миллисекундного пульсара и массивного белого карлика на немного более широкой орбите, чем сейчас. Авторы подытоживают, что по их оценкам в Млечном Пути может быть до 84 подобных систем, однако не все из них удастся найти из-за тусклости звезд и пространственной ограниченности излучения пульсаров.
Находить миллисекундные пульсары могут не только ученые, но и обычные люди в рамках проектов гражданской науки.
По информации https://nplus1.ru/news/2025/05/23/j1928-1815
