Очень яркая и невероятно тяжелая — новая звезда поразила астрономов

В соседней галактике Водоворот и сопутствующей галактике M51b две сверхмассивные черные дыры нагреваются и поглощают окружающий материал.

Эти два «монстра» должны быть наиболее яркими источниками рентгеновского излучения, но новое исследование, использующее наблюдения миссии NuSTAR (Nuclear Spectroscopic Telescope Array), показывает, что гораздо меньший объект вполне успешно конкурирует в этом смысле с двумя этими объектами. Им оказалась совсем небольшая нейтронная звезда.

Самые характерные черты галактики Водоворот, официально известной как M51a, — это два длинных, заполненных звездами рукава, вьющихся вокруг центра галактики, как ленты. Гораздо меньшая по размеру — M51b, «цепляется» за край Водоворота. Вместе эти сливающиеся галактики обозначают как M51.

В центре каждой галактики находится сверхмассивная черная дыра, в миллионы раз более массивная, чем Солнце. Галактическое слияние должно вытолкнуть огромное количество газа и пыли в эти черные дыры и вывести их на орбиту вокруг них.

В свою очередь, интенсивная гравитация черных дыр должна вызвать нагревание и излучение этого орбитального материала, образуя яркие диски вокруг каждого, которые способны затмить своим светом все звезды в этих галактиках.

Но ни одна черная дыра не отсвечивает так ярко в рентгеновском диапазоне, как должно быть во время слияния. Основываясь на более ранних наблюдениях спутников, которые регистрируют рентгеновское излучение низкой энергии, таких как рентгеновская обсерватория «Чандра», ученые считают, что слои газа и пыли вокруг черной дыры в большей галактике блокируют дополнительное излучение.

Но новое исследование, опубликованное в Astrophysical Journal, использовало высокоэнергетическое рентгеновское зрение NuSTAR и позволило заглянуть под эти слои, и обнаружило, что черная дыра еще тусклее, чем ожидалось.

«Я очень удивлен этим открытием», — отметил ведущий автор исследования Мюррей Брайтман, исследователь из Калифорнийского технологического института (США). «Предполагается, что слияние галактик приведет к росту черной дыры, и доказательством этого будет сильное излучение высокоэнергетического рентгеновского излучения. Но мы не видим этого здесь».

Брайтман считает, что наиболее вероятным объяснением является то, что черные дыры «мерцают» во время галактических слияний, а не выдают излучение с более или менее постоянной яркостью в течение всего процесса.

«Гипотеза мерцания — это новая идея в этой области», — сказал Даниэль Стерн, научный сотрудник Лаборатории реактивного движения NASA, исследователь проекта NuSTAR. «Раньше мы думали, что изменчивость чёрной дыры возникала на временных масштабах в миллионы лет, но теперь мы думаем, что эти временные рамки могут быть намного короче. Наша задача — выяснить, насколько короткой может быть область активного изучения».

Наряду с двумя черными дырами, степень излучения которых оказалась меньше, чем ожидалось, в M51a был обнаружен объект, который в миллионы раз меньше, чем любая черная дыра, но при этом сияет с равной интенсивностью. Эти два явления не связаны, но они создают удивительный рентгеновский пейзаж в M51.

Небольшой источник рентгеновского излучения — нейтронная звезда, невероятно плотный кусок материала, оставшийся после взрыва массивной звезды в конце ее жизни. Типичная нейтронная звезда в сотни тысяч раз меньше в диаметре, чем Солнце, но в то же время имеет в два раза большую массу. К примеру, чайная ложка материала нейтронной звезды будет весить более 1 миллиарда тонн.

Несмотря на свои размеры, нейтронные звезды часто дают о себе знать благодаря интенсивному излучению света. Нейтронная звезда, найденная в M51, даже ярче средней и относится к недавно открытому классу, известному как ультрафиолетовые нейтронные звезды.

Некоторые ученые предположили, что сильные магнитные поля, генерируемые нейтронной звездой, могут быть ответственны за световое излучение. Предыдущая статья Брайтмана и его коллег об этой нейтронной звезде подтверждает эту гипотезу. Некоторые из других ярких источников рентгеновских лучей высокой энергии, видимых в этих двух галактиках, также могут быть нейтронными звездами.