Астрономы получили детальную фотографию необычной струи, напоминающей S-образный след садового разбрызгивателя, исходящей от нейтронной звезды. Эта необычная структура образуется в результате изменения направления струи, вызванного колебанием диска горячего газа вокруг звезды — процесса, известного как прецессия. Ранее прецессия наблюдалась только у чёрных дыр, но не у нейтронных звёзд.
Объект, о котором идет речь, находится в двойной системе Circinus X-1, расположенной на расстоянии более 30 000 световых лет от Земли. Нейтронная звезда в этой системе образовалась из ядра массивной сверхгигантской звезды, которая коллапсировала примерно в то же время, когда был построен Стоунхендж. Плотность нейтронной звезды настолько высока, что чайная ложка её вещества весит столько же, сколько гора Эверест.
Двойные системы состоят из двух звёзд, связанных гравитацией. В случае Circinus X-1 одна из звёзд является нейтронной звездой. Как нейтронные звёзды, так и чёрные дыры образуются, когда самые большие звёзды во Вселенной умирают и разрушаются под действием собственной гравитации. Однако чёрные дыры значительно массивнее и могут быть обнаружены только по их гравитационному воздействию, в то время как нейтронные звёзды можно наблюдать напрямую, несмотря на их плотность. Нейтронные звёзды являются одними из самых экстремальных объектов во Вселенной, их недра почти полностью состоят из нейтронов.
Группа астрономов Оксфордского университета под руководством Фрейзера Коуи обнаружила эту необычную струю, исходящую от нейтронной звезды. Они использовали радиотелескоп MeerKAT в Южной Африке для создания подробных изображений Circinus X-1 с высоким разрешением. Снимки, представленные на Национальном астрономическом собрании, включают первое в истории изображение S-образного джета, исходящего от нейтронной звезды. Подробное исследование может помочь разгадать экстремальную физику, лежащую в основе этого астрономического явления.
Ранее существовала ещё одна система, известная своими S-образными джетами, называемая SS433. Однако последние результаты показывают, что этот объект, скорее всего, является чёрной дырой. «Это изображение — первый раз, когда мы увидели убедительные доказательства прецессирующего джета от известной нейтронной звезды. Это доказательство получено как из симметричной S-образной формы радиоизлучающей плазмы в струях, так и из быстрой, широкой ударной волны, которая может быть создана только при изменении направления струи», — сказал Коуи.
Огромная плотность нейтронной звезды создаёт мощную силу гравитации, которая вытягивает газ из звезды-компаньона, образуя вокруг неё диск горячего газа, который по спирали спускается к её поверхности. Этот процесс, называемый аккрецией, высвобождает огромное количество энергии в секунду с мощностью, превышающей миллион Солнц. Часть этой энергии питает джеты — узкие пучки исходящего материала из двойной системы, движущиеся со скоростью, близкой к скорости света.
Недавние усовершенствования телескопа MeerKAT привели к превосходной чувствительности и более высокому разрешению изображений. С их помощью команда увидела чёткие доказательства S-образной структуры в струе Circinus X-1. Кроме того, исследователи обнаружили движущиеся конечные ударные волны — первые зарегистрированные в рентгеновской двойной системе. Это области, где струя врезается в окружающий материал, вызывая ударную волну. Команда Коуи измерила волны, движущиеся со скоростью примерно 10% от скорости света, подтвердив, что они были вызваны быстро движущейся струёй, а не чем-то более медленным, например, вихрем вещества со звёзд.
Circinus X-1 является одним из самых ярких объектов в рентгеновском диапазоне и изучается уже более полувека. Однако, несмотря на это, она остаётся одной из самых загадочных систем. «Некоторые аспекты её поведения недостаточно хорошо объяснены, поэтому очень интересно и важно помочь пролить новый свет на эту систему, опираясь на 50 лет предыдущих исследований.», — заключил Коуи.