Ученые выявили признаки крайне сильного магнитного поля вблизи нейтронной звезды в ультрамощном рентгеновском источнике — объекта, который светит ярче теоретического предела Эддингтона. Если выводы верны, открытие поможет понять, как вообще существуют такие системы, а также предоставит новый способ изучения свойств сверхплотного вещества внутри нейтронных звезд.
Расположенные вне центров галактик ультрамощные рентгеновские источники (ULX) излучают настолько интенсивно, что их светимость превышает предел Эддингтона для нейтронной звезды, при котором давление излучения должно раскрывать падающее вещество и останавливать аккрецию. Предполагалось, что такие источники содержат черные дыры.
Однако открытие рентгеновских пульсаций в последние годы показало, что по крайней мере часть ULX представляют собой обычные по массе нейтронные звезды, на которые вещество падает в экстремальном режиме сверхэддингтоновской аккреции.
Но что именно позволяет нейтронной звезде выдерживать такой поток вещества? Одно из возможных объяснений — чрезвычайно сильные магнитные поля, сравнимые с полями самых магнитных объектов во Вселенной — магнетаров. Правда, прямых спектральных доказательств их существования практически не было.
Изучив источник NGC 4656 ULX-1 с помощью Европейской рентгеновской обсерватории XMM-Newton, астрономы обнаружили в его спектре узкую линию поглощения. Это важно, поскольку они возникают, когда частицы движутся в сильном магнитном поле и начинают поглощать фотоны на строго определенном уровне энергии. Исследователи называют такое явление циклотронным резонансом.
Результаты научной работы, представленной в журнале Astronomy and Astrophysics, показали, что линия устойчива к изменениям модели спектра и сохраняет статистическую значимость порядка трех сигм даже при различных способах обработки данных. Открытие снижает вероятность того, что сигнал — артефакт наблюдений или особенность приборов.
Эта линия могла бы возникнуть из-за поглощения сильно ионизированными атомами в быстром звездном ветре, однако в таком случае в спектре должны были появиться и другие переходы, однако их не наблюдалось. Поэтому исследователи заключили, что более естественным объяснением может быть циклотронная линия излучения протонов. Дело в том, что такие линии появляются при гораздо более сильных магнитных полях: из-за большой массы протона энергия линии оказывается в рентгеновском диапазоне всего в несколько килоэлектронвольт.
Если выводы верны, измеренная линия в области ее формирования соответствует магнетару. При этом речь может идти не о глобальном дипольном поле светила, а о более сложной мультиполярной структуре, сосредоточенной близко к поверхности. Именно такой сценарий чаще всего обсуждается для ULX-систем.
Окончательные выводы делать пока рано: они требуют более глубоких наблюдений, в том числе с будущими рентгеновскими миссиями. Однако уже сейчас результат поддерживает картину, согласно которой по крайней мере часть источников ULX, судя по всему, скрывает нейтронные звезды с магнитными полями вблизи поверхности.
В случае, если результаты работы получат подтверждение, такие источники перестанут быть просто слишком яркими и станут естественными лабораториями экстремальной физики, где одновременно проверяются модели аккреции, магнитных полей.