[830x]Так художник представляет себе магнетар в очень богатом звездами и молодом звездном скоплении Westerlund 1.
Магнетары – сверхплотные остатки взрывов сверхновых звезд, обладающие удивительными свойствами. Это самые мощные магниты во Вселенной — в миллионы раз более мощные, чем самые сильные магниты, которые способны создать люди. Используя Очень Большой Телескоп ESO (VLT), группа европейских астрономов, кажется, впервые обнаружила звезду, когда-то составлявшую двойную систему с той, из которой впоследствии образовался магнетар. Это открытие помогает понять, как происходит рождение магнетара и почему породившая его звезда не сколлапсировала в черную дыру, как должно было случиться по представлениям астрономов.
Когда массивная звезда во время взрыва сверхновой коллапсирует под действием своей силы тяжести, она превращается либо в нейтронную звезду, либо в черную дыру. Mагнетар – это крайне экзотическая форма нейтронной звезды. Как все нейтронные звезды, он очень маленький и сверхъестественно плотный — чайная ложка его вещества весила бы около миллиарда тонн. Кроме того, магнетар обладает крайне мощным магнитным полем. Вследствие колоссальных напряжений в коре магнетара он время от времени испытывает внезапные деформации, называемые звездотрясениями, и тогда с его поверхности уходит очень интенсивное гамма-излучение.
Один из примерно двух дюжин известных в Млечном Пути магнетаров находится в звездном скоплении Westerlund 1 [1], в южном созвездии Жертвенника (Ara), на расстоянии 16 000 световых лет от нас. Он обозначается CXOU J164710.2-455216 и представляет собой загадку для астрономов.
[700x]Положения магнетара и его вероятного бывшего компаньона в звездном скоплении Westerlund 1
“В нашей предыдущей работе (eso1034) мы показали, что магнетар в скоплении Westerlund 1 (eso0510), вероятно, образовался при взрыве звезды примерно в 40 раз более массивной, чем Солнце. Но это само по себе загадочно – считается, что такие массивные звезды после взрыва коллапсируют с образованием черной дыры, а не нейтронной звезды. Мы не могли понять, как в результате мог образоваться этот магнетар”, -- говорит Саймон Кларк (Simon Clark), главный автор статьи, у которой представлены результаты работы.
Астрономы предложили решение этой загадки. Они предположили, что магнетар образовался при взаимодействии двух очень массивных звезд, входящих в столь тесную двойную систему, что она поместилась бы внутри орбиты Земли. Однако до сих пор вблизи магнетара в скоплении Westerlund 1 звезды-компаньона обнаружить не удавалось. Поэтому астрономы использовали гигантский VLT для поиска этой звезды в других частях скопления. Они искали убегающие звезды — объекты, с большой скоростью покидающие скопление. Такая звезда могла быть выброшена со своей орбиты при том самом взрыве сверхновой, при котором образовался магнетар. И звезда, известная как Westerlund 1-5 [2], оказалась именно такой.
“Дело не только в том, что движение этой звезды согласуется с предположением о том, что она была выброшена со своей орбиты взрывом сверхновой. Она вдобавок слишком яркая, чтобы она могла родиться как одиночная звезда. Более того, ее в высшей степени необычный химический состав, с избытком углерода, которого невозможно достичь в условиях одиночной звезды, тоже является свидетельством того, что эта звезда образовалась в двойной системе”, -- добавляет Бен Ритчи (Ben Ritchie) из Открытого Университета, соавтор новой работы.
[700x]Широкоугольная панорама неба вокруг звездного скопления Westerlund 1
Открытие позволило астрономам реконструировать историю жизни звезд, в результате которой вместо ожидавшейся черной дыры [3] образовался магнетар. На первой стадии этого процесса у более массивной звезды пары начинает истощаться ее термоядерное «топливо», вследствие чего ее внешние слои отрываются и захватываются менее массивным компаньоном (тем самым, которому предстоит стать магнетаром). В результате он начинает вращаться все быстрее и быстрее, и это быстрое вращение оказывается тем существенным фактором, благодаря которому образуется сверхсильное магнитное поле.
На второй стадии вследствие передачи массы второй компонент системы сам становится столь массивным, что в свою очередь сбрасывает большое количество новоприобретенного вещества. Большая часть этого вещества рассеивается в пространстве, но некоторое его количество возвращается на ту звезду, которой оно изначально принадлежало, и которую мы сейчас видим как Westerlund 1-5.
“Именно этот процесс массообмена обусловил уникальный химический состав Westerlund 1-5 и сокращение массы ее компаньона до уровня, достаточного, чтобы вместо черной дыры образовался магнетар — игрa в разворачивание посылки с последствиями космического масштаба!” – заключает член исследовательской группы Франсиско Нахарро (Francisco Najarro) из Астробиологического центра (Испания).
Представляется, что то, что звезда является компонентом двойной системы, может оказаться существенным фактором образования магнетара из этой звезды. Быстрое вращение, обусловленное массообменом между двумя звездами, оказывается необходимым для генерации сверхсильного магнитного поля, а второй эпизод массообмена позволяет будущему магнетару «похудеть» достаточно для того, чтобы в момент гибели в форме взрыва сверхновой он не коллапсировал в черную дыру.
Примечания
[1] Открытое (рассеянное) звездное скопление Westerlund 1 было открыто в 1961 году в Австралии шведским астрономом Бенгтом Вестерлундом (Bengt Westerlund), который позже занимал должность директора ESO в Чили (1970–1974). Скопление находится позади огромного межзвездного облака газа и пыли, задерживающего большую часть видимого излучения его звезд. Коэффициент ослабления превышает 100 000. Именно поэтому потребовалось так много времени, чтобы раскрыть истинную природу этого скопления.
Westerlund 1 – уникальная природная лаборатория для изучения экстремальных проблем физики звезд. Наблюдения этого скопления помогают астрономам понять, как живут и умирают самые массивные звезды в Млечном Пути. Из наблюдений астрономы заключают, что масса этого скопления по всей вероятности составляет не менее 100 000 масс Солнца, при том, что все его звезды сосредоточены внутри области поперечником менее 6 световых лет. Таким образом, Westerlund 1 оказывается самым массивным компактным молодым звездным скоплением, идентифицированным на сегодняшний день в нашей Галактике Млечного Пути.
Все звезды, проанализированные на сегодня в Westerlund 1, имеют массу, по меньшей мере в 30–40 раз превышающую массу Солнца. Так как такие звезды являются по астрономическим меркам очень короткоживущими, Westerlund 1 должно быть очень молодым скоплением. Астрономы считают, что его возраст от 3.5 до 5 миллионов лет, то есть, Westerlund 1 является практически новорожденным.
[2] Полное обозначение этой звезды: Cl* Westerlund 1 W 5.
[3] По мере того, как звезда стареет, ядерные реакции в ее недрах изменяют ее химический состав: элементы, которые являются «топливом» для ядерного горения, истощаются, а продукты реакций накапливаются. Поэтому в начале своей «биографии» звезда обычно богата водородом и азотом и бедна углеродом. Содержание углерода увеличивается только к самому концу жизни звезды, когда количество водорода и азота резко уменьшается. Считается, что одиночная звезда не может быть одновременно богата водородом, азотом и углеродом, как это наблюдается в случае с Wd1-5.
Узнать больше
Исследование, представленное в данном пресс-релизе ESO, вскоре появится в журнале Astronomy and Astrophysics (“A VLT/FLAMES survey for massive binaries in Westerlund 1: IV.Wd1-5 binary product and a pre-supernova companion for the магнетар CXOU J1647-45” by J. S. Clark et al.). Тот же исследовательский коллектив опубликовал свое первое исследование этого объекта в 2006 г. (“A Neutron Star with a Massive Progenitor in Westerlund 1” by M. P. Muno et al., Astrophysical Journal, 636, L41).
Состав исследовательской группы: Simon Clark и Ben Ritchie (The Open University, UK), F. Najarro (Centro de Astrobiología, Spain), Norbert Langer (Universität Bonn, Germany, Universiteit Utrecht, the Netherlands) и Ignacio Negueruela (Universidad de Alicante, Spain).
Для изучения звезд скопления Westerlund 1 астрономы использовали приемник FLAMES, установленный на Очень Большом Телескопе ESO.
Ссылки
Перевод пресс-релиза ESO eso1415. http://www.eso.org/public/russia/news/eso1415/