Мертва зірка на відстані 27 400 світлових років здається влаштувала одне з найепічніших зоряних диско-шоу, які ми коли-небудь бачили.
У подвійній системі 4U 1820-30 нейтронна зірка обертається так швидко навколо своєї осі, що завершує приголомшливі 716 обертів за секунду. Жодна інша зірка не була виявлена, що оберталася швидше, і тільки відомий пульсар PSR J1748-2446ad обертається з такою швидкістю.
Це відкриття, каже команда під керівництвом астрофізика Гаурави Джайсавала з Технічного університету Данії, підтверджує сучасну теоретичну верхню межу швидкості обертання нейтронних зірок, яка, як вважають, становить близько 730 обертів за секунду.
«Ми вивчали термоядерні вибухи у цій системі, а потім знайшли дивовижні коливання», – каже Джайсавал.
«Якщо майбутні спостереження підтвердять це, нейтронна зірка 4U 1820-30 стане одним із найшвидше обертових об’єктів, коли-небудь спостережуваних у Всесвіті».
Нейтронні зірки є однією з останніх етапів еволюції масивної зірки.
Коли зірка з масою від 8 до 30 разів більше, ніж у Сонця, вичерпує атоми для термоядерного синтезу у своєму ядрі, вона вибухає, викидаючи свої зовнішні шари у вигляді наднової, в той час як ядро, більше не підтримуване зовнішнім тиском синтезу, колапсує під дією гравітації.
Це колапсоване ядро і є нейтронною зіркою – об’єктом з масою від 1,1 до 2,3 разів більше за масу Сонця, стиснутим у крихітну сферу діаметром всього 20 км. «Щільний» тут не починає описувати ситуацію. Речовина в цих об’єктах може мати дивні властивості, як і їхня поведінка.
Ми маємо різні назви для класифікації цієї поведінки. Магнітар – це нейтронна зірка з надзвичайно сильним магнітним полем. А пульсар – це нейтронна зірка, яка швидко обертається і випромінює радіохвилі зі своїх полюсів, що виглядає як «пульсація» в космосі, наче космічний маяк.
Ми знаємо про існування 4U 1820-30 щонайменше з 1980-х років. Це подвійна зоряна система в сузір’ї Стрільця, яка включає нейтронну зірку та білий карлик, що знаходяться на дуже тісній орбіті з періодом всього 11,4 хвилини.
Близькість цих зірок дозволяє нейтронній зірці буквально канібалізувати свого компаньйона, відбираючи з нього матерію, яка потім накопичується на її поверхні.
Це накопичення маси стає все щільнішим і гарячішим, поки врешті-решт зірка не «чихне» її у вигляді термоядерного вибуху.
Саме ці вибухи намагалися досліджувати Джайсавал та його колеги, використовуючи NASA’s Neutron Star Interior Composition Explorer (NICER), рентгенівський телескоп, що перебуває на борту Міжнародної космічної станції.
«Під час цих спалахів нейтронна зірка стає яскравішою у 100 000 разів, ніж Сонце, випускаючи величезну кількість енергії», – каже астрофізик Жером Шеневез з Технічного університету Данії.
«Ми маємо справу з надзвичайно екстремальними подіями, і вивчаючи їх, отримуємо нові уявлення про життєвий цикл подвійних зірок та процес формування елементів у Всесвіті».
Команда зафіксувала 15 таких термоядерних вибухів з 2017 по 2022 рік. Але під час аналізу даних вони виявили щось дивне. Один із вибухів мав незвичайну сигнатуру, коливання з частотою 716 Герц. Здавалося, що зірка обертається під час вибуху – і дослідники визначили, що, ймовірно, це було саме так.
Це може означати, що нейтронна зірка 4U 1820-30 є рентгенівським пульсаром, з періодом 716 обертів за секунду, який живиться термоядерними вибухами. Оскільки PSR J1748-2446ad є радіопульсаром, це зробило б 4U 1820-30 найшвидшим відомим ядерним пульсаром.
Необхідні додаткові спостереження для підтвердження цього відкриття. Однак, якщо це підтвердиться, результати нададуть нам новий інструмент для вивчення нейтронних зірок і меж, яких вони можуть досягати перед тим, як самознищитися.
Дослідження команди було опубліковано в журналі The Astrophysical Journal.