Загадка одиночной нейтронной звезды

Старая одиночная нейтронная звезда, известная как RX J1856.5-3754, имеет диаметр около 20 км. Хотя ее температура необычно высока для ее возраста (около 700000? С), более ранние наблюдения не выявили никакой активности этой звезды по сравнению со всеми остальными известными до сих пор нейтронными звездами. Астрономами Marten van Kerkwijk (институт астрономии университета Utrecht, Нидерланды) и Shri Kulkarni (Калифорнийский технологический институт, Пасадена, Калифорния) было проведено детальное исследование звезды для того, чтобы лучше понять природу этого объекта.

Неожиданно для астрономов изображения и спектры, полученные с помощью телескопа Very Large Telescope (VLT) Европейской Южной Обсерватории (ESO), расположенной в Чили, показали наличие малой конусообразной туманности вблизи нейтронной звезды. Туманность светится за счет излучения атомов водорода и, очевидно, каким-то образом взаимодействует с этой странной звездой.

Образование нейтронных звезд происходит в процессе гравитационного коллапса на конечных стадиях эволюции достаточно массивных звезд. Медленная, длящаяся десятки и сотни миллионов лет эволюция массивных звезд с массой, по крайней мере в несколько раз превышающей массу Солнца, может привести к тому, что масса их центральных областей, сильно сжавшихся и исчерпавших запасы ядерного горючего, в некоторый момент окажется больше предела Чандрасекара (1,4 массы Солнца) для белых карликов. В таком состоянии центральные области звезды не могут существовать долго - охлаждение и продолжающееся увеличение их массы нарушают баланс между силами тяжести и давленем. В результате очень быстро, за несколько секунд или за доли секунды, центральные области звезды сжимаются до ядерных плотностей, подвергаясь одновременно процессу нейтронизации - рождается нейтронная звезда. В случае, когда появление нейтронной звезды сопровождается вспышкой сверхновой, значительная часть массы звезды выбрасывается в космическое пространство. Но образованию нейтронных звезд, по-видимому, не всегда сопутствует вспышка сверхновой звезды, возможен "тихий" коллапс.

Несколько лет назад немецким рентгеновским спутником-обсерваторией ROSAT был обнаружен рентгеновский источник RX J1856.5-3754. Более поздние наблюдения космическим телескопом Hubble показали чрезвычайно слабую оптическую эмиссию этого источника и окончательно доказали, что этот объект является изолированной нейтронной звездой.

Не было обнаружено никаких признаков остатка сверхновой, следовательно, возраст этой звезды должен равняться по крайней мере 100000 лет. Интересно, что в отличие от более молодых изолированных нейтронных звезд или нейтронных звезд в двойных звездных системах RX J1856.5-3754 не показывает никаких признаков активной деятельности типа переменности или пульсаций.

Уникальный объект сразу привлек к себе внимание многих астрономов. Рентгеновские наблюдения показали очень высокую температуру звезды. Однако считается, что с момента рождения нейтронные звезды теряют энергию и непрерывно остывают. Как может старая нейтронная звезда быть настолько горячей?

Одно из возможных объяснений состоит в том, что некоторый межзвездный материал, газ и/или зерна пыли, захватывается мощным гравитационным полем звезды. Такие частицы могли бы свободно падать на нейтронную звезду, достигая ее поверхности со скоростью, равной приблизительно половине скорости света. Так как кинетическая энергия этих частиц пропорциональна квадрату скорости, то даже малые количества вещества обладают энергией, достаточной для разогрева нейтронной звезды.

Небольшая область немного выше и правее центра фотографии показывает обнаруженную малую конусообразную туманность - результат излучения атомов водорода - вблизи нейтронной звезды RX J1856.5-3754. Сама звезда - слабый объект синего цвета, расположенный очень близко к верхней части конуса. Аналогичные конусообразные туманности были найдены вокруг быстровращающихся радиопульсаров и массивных звезд. Однако туманность вокруг этих объектов образуется в результате сильного оттока частиц из звезды или пульсара ("звездный ветер"), которые сталкиваются с межзвездным веществом.

При сравнении результатов проведенных наблюдений с наблюдениями этого объекта в 1997 году выяснилось, что с тех пор нейтронная звезда переместилась примерно на 200 световых лет, что соответствует скорости 100 км/c. При такой высокой скорости она могла захватить достаточно вещества из межзвездного пространства, которое могло разогреть ее поверхность до такой высокой температуры.

В настоящее время еще не определено, достаточно ли высока плотность окружающего звезду межзвездного вещества, чтобы разогреть ее до наблюдаемой температуры. Однако, возможно, что в прошлом нейтронная звезда смогла собрать большее количество вещества во время своего путешествия через межзвездное пространство, чтобы разогреться, а теперь медленно остывает. Через несколько миллионов лет она станет невидимой, пока не встретит на своем пути другую плотную межзвездную область. И так далее...