Рентгеновские пульсары или пульсары с аккреционным питанием — это класс астрономических объектов, которые являются источниками рентгеновского излучения , демонстрирующими строгие периодические изменения интенсивности рентгеновского излучения. Периоды рентгеновского излучения варьируются от долей секунды до нескольких минут.
Рентгеновский пульсар — это тип двойной звездной системы, состоящей из типичной звезды (звездного компаньона), вращающейся по орбите вокруг намагниченной нейтронной звезды . Напряженность магнитного поля на поверхности нейтронной звезды обычно составляет около 10 8 Тесла , что более чем в триллион раз сильнее напряженности магнитного поля, измеренной на поверхности Земли (60 мкТл ).
Газ аккрецируется от звездного компаньона и направляется магнитным полем нейтронной звезды на магнитные полюса, создавая две или более локализованных рентгеновских горячих точек, похожих на две полярные зоны на Земле, но гораздо более горячих. В этих горячих точках падающий газ может достичь половины скорости света, прежде чем он столкнется с поверхностью нейтронной звезды. Падающий газ высвобождает так много гравитационной потенциальной энергии , что горячие точки, площадь которых оценивается примерно в один квадратный километр, могут быть в десять тысяч раз или более яркими, чем Солнце . [ 1]
Температура в миллионы градусов создается, поэтому горячие точки испускают в основном рентгеновские лучи. По мере вращения нейтронной звезды, импульсы рентгеновских лучей наблюдаются, когда горячие точки входят и выходят из поля зрения, если магнитная ось наклонена относительно оси вращения. [1]
Газ, питающий рентгеновский пульсар, может достигать нейтронной звезды разными путями, которые зависят от размера и формы орбитальной траектории нейтронной звезды, а также природы звезды-компаньона.
Некоторые звезды-компаньоны рентгеновских пульсаров — очень массивные молодые звезды, обычно OB-сверхгиганты (см. классификацию звезд ), которые испускают со своей поверхности звездный ветер, вызванный излучением . Нейтронная звезда погружена в ветер и непрерывно захватывает газ, который течет поблизости. Vela X-1 — пример такого рода системы.
В других системах нейтронная звезда вращается так близко к своему компаньону, что ее сильная гравитационная сила может вытягивать материал из атмосферы компаньона на орбиту вокруг себя, процесс переноса массы, известный как переполнение полости Роша . Захваченный материал образует газообразный аккреционный диск и закручивается по спирали внутрь, чтобы в конечном итоге упасть на нейтронную звезду, как в двойной системе Cen X-3 .
Для других типов рентгеновских пульсаров звезда-компаньон — это звезда Be , которая вращается очень быстро и, по-видимому, сбрасывает диск газа вокруг своего экватора. Орбиты нейтронной звезды с этими компаньонами обычно большие и очень эллиптические по форме. Когда нейтронная звезда проходит рядом или через околозвездный диск Be, она захватывает материал и временно становится рентгеновским пульсаром. Околозвездный диск вокруг звезды Be расширяется и сжимается по неизвестным причинам, поэтому это транзитные рентгеновские пульсары, которые наблюдаются только периодически, часто с месяцами или годами между эпизодами наблюдаемой рентгеновской пульсации. [2] [3] [4] [5]
Радиопульсары (пульсары, работающие от вращения) и рентгеновские пульсары демонстрируют совершенно разное поведение спина и имеют разные механизмы, производящие их характерные импульсы, хотя принято считать, что оба типа пульсаров являются проявлениями вращающейся намагниченной нейтронной звезды . Цикл вращения нейтронной звезды в обоих случаях отождествляется с периодом импульса.
Главные различия в том, что радиопульсары имеют периоды порядка миллисекунд или секунд, и все радиопульсары теряют угловой момент и замедляются. Напротив, рентгеновские пульсары демонстрируют разнообразные спиновые поведения. Некоторые рентгеновские пульсары, как наблюдалось, непрерывно вращаются быстрее и быстрее или медленнее и медленнее (с редкими инверсиями этих тенденций), в то время как другие показывают либо небольшое изменение в периоде импульса, либо демонстрируют неустойчивое поведение замедления и ускорения вращения. [2]
Объяснение этого различия можно найти в физической природе двух классов пульсаров. Более 99% радиопульсаров являются одиночными объектами, которые излучают свою вращательную энергию в форме релятивистских частиц и магнитного дипольного излучения, освещая любые близлежащие туманности, которые их окружают. Напротив, рентгеновские пульсары являются членами двойных звездных систем и аккрецируют вещество либо из звездных ветров, либо из аккреционных дисков. Аккрецированное вещество передает угловой момент нейтронной звезде (или от нее), заставляя скорость вращения увеличиваться или уменьшаться со скоростями, которые часто в сотни раз быстрее типичной скорости замедления вращения в радиопульсарах. Точное объяснение того, почему рентгеновские пульсары демонстрируют такое разнообразное поведение спина, до сих пор не совсем понятно.
Рентгеновские пульсары наблюдаются с помощью рентгеновских телескопов , которые являются спутниками на низкой околоземной орбите, хотя некоторые наблюдения были сделаны, в основном в ранние годы рентгеновской астрономии , с использованием детекторов, установленных на воздушных шарах или зондирующих ракетах. Первым рентгеновским пульсаром, который был обнаружен, был Centaurus X-3 , в 1971 году с помощью рентгеновского спутника Uhuru . [1]
Магнетары , изолированные и сильно намагниченные нейтронные звезды, можно наблюдать как относительно медленные рентгеновские пульсары с периодами в несколько секунд. Их называют аномальными рентгеновскими пульсарами, но они не связаны с двойными рентгеновскими пульсарами.