Чорна вдова (астрономія)

Пульсари Чорна вдова (англ. Black Widow Pulsar) є мілісекундними пульсарами з маломасивним компаньйоном у тісній подвійний системі з коротким орбітальним періодом. Електромагнітне випромінення та випромінення елементарних часточок пульсара нагріває поверхню його зорі-компаньйона та протягом декількох мільйонів років веде до її «випаровування».

Навколозоряна речовина довкола зорі-компаньйона приховує пульсації нейтронної зорі протягом до 40 % орбітального періоду. Завдяки цій змінності внаслідок затемнення, чорні вдови також отримали назву затемнювано-подвійні мілісекундні пульсари (англ. Eclipsing Binary Millisecond Pulsars).

Характеристики

Чорні вдови є мілісекундними пульсарами з найкоротшими відомими періодами пульсацій меншими, ніж 5 мілісекунд. Оскільки пульсари отримують енергію для свого електромагнітного випромінення з власної швидкості обертання, чорні вдови мають бути дуже молодими мілісекундними пульсарами. Орбітальний період подвійної системи становить бл. одного дня. Як для пульсарів, густина магнітного потоку чорних вдів порядку 108 Гаусів є дуже низькою. Власний рух цих пульсарів є високим, від декількох сотень км/с. Висока швидкість втечі може бути результатом утворення пульсара у вибуху наднової. Через великий власний рух часто такі зорі розташовані на високих галактичних широтах[1].

Сторона зорі-компаньйона, обернена до пульсара, гарячіша та яскравіша за іншу в результаті падіння на неї випромінення пульсара. У пульсара PSR B1957+20 (який є прототипом цього класу зір та назва якого «Чорна вдова» поширилась на весь клас), температура нічної сторони компаньйона становить 2900 K, а денної сторони (оберненої до пульсара) — досягає 8300 K[2]. На спектральних лініях H-alpha видні ознаки ударного фронту від випромінення пульсара. У рентгенівському діапазоні крім точкового джерела видно ще і туманність вздовж напрямку руху чорної вдови. Ця туманність складається з речовини, яка випарувалась з компаньйона та залишилась позаду[3].

У багатьох чорних вдів спостерігаються пульсуючі гамма-промені. Оскільки гамма-промені можуть бути виявлені у всіх фазах обертального періоду, вони не можуть виникати шляхом взаємодії з навколозоряною речовиною навколо компаньйона. Швидше за все вони випромінюються прямо внаслідок механізму пульсару (прискорення заряджених частинок у магнітному полі нейтронної зорі). Тому можливо, що в реальності існує значно більше подвійних зоряних систем, які складаються з мілісекундного пульсара та тьмяного виродженого компаньйона, ніж на сьогодні відомо, де радіовипромінення абсорбується навколозоряною речовиною або пульсари в цілому є радіотихими[4].

Маса нейтронної зорі у системах чорної вдови оцінюється у 2-3 маси Сонця. Ці значення є прямими вимірами за допомогою гравітаційної затримки сигналу та розраховані з орбітальної динаміки подвійної системи. Ймовірно нейтронні зорі народжуються з масами 1,4 маси Сонця, а решту акретують з компаньйона у періоді часу три мільярди років.[5]

  • Уявлення художника про пульсар PSR B1957+20, оточений своїм ударним фронтом. Білі промені позначають частинки речовини та антиречовини, які випромінюються з зорі. Її зоря-компаньйон надто близько до пульсара, щоб бути видимою у цьому масштабі.
  • Уявлення художника про той самий пульсар PSR B1957+20, але в мільйон разів ближче до нього. Зображення демонструє вплив його зоряного вітру на зорю-компаньйон, яка випаровується. Ударний фронт завеликий, щоб потрапити на зображення, і в цьому масштабі він би простягнувся на більш ніж 24 км за межі екрана комп'ютера.

Формування

Чорні вдови, наприклад, утворюються у маломасивних рентгенівських подвійних. Нейтронна зоря після її народження у вибуху наднової є нормальним пульсаром і споживає свою енергію обертання на емісію електромагнітного випромінення, доки не досягне швидкості обертання у декілька секунд. Зоря-компаньйон по мірі своєї еволюції розширюється, оскільки або вигорає водень у її ядрі або її орбітальний період зменшується внаслідок втрати обертального моменту від дії зоряного вітру вздовж її ліній магнітного поля. В результаті компаньйон переходить за межу Роша і починається передача речовини від компаньйона на нейтронну зорю. З потоком речовини через акреційний диск на нейтронну зорю передається й обертальний момент, яка від того прискорюється, а її період обертання зменшується. У фазі акреції речовини подвійна система спостерігатиметься як рентгенівський пульсар. Речовина падає вздовж ліній магнітного поля на магнітні полюси нейтронної зорі та вивільняє енергію руху у рентгенівське випромінювання через гальмівний механізм. Внаслідок обертання нейтронної зорі її магнітні полюси періодично потрапляють у поле зору і в напрямку Землі випромінюється пульсуюче рентгенівське випромінення. Це отримало назву «акретуючі мілісекундні рентгенівські пульсари» (англ. Accreting Millisecond X-Ray Pulsars, AMXP). Зараз якраз мілісекундний пульсар SWIFT J1749.4–2807 спостерігається у цій фазі[6]. Коли енергії обертання знову вистачає, щоб «включити» пульсар, випромінення пульсара починає потрапляти на компаньйона і подвійна система починає демонструвати всі ознаки чорної вдови.

Червоноспинні

Якщо компаньйоном нейтронної зорі у таких подвійних системах є червоний карлик, їх ще називають «червоноспинні» (англ. Redbacks, за назвою червоноспинного павука, австралійського родича чорної вдови). На сьогодні не ясно, чи розвиваються червоноспинні пульсари у чорні вдови, чи вони вже є заключний етап розвитку цих тісних подвійних систем[7]. Хоча за однією з теорій червоноспинні вважаються проміжною фазою невдовзі після повторної активації випромінення пульсара. У кінцевій стадії, значна частина компаньйона вже б випарувалась, а у червоного карлика у червоноспинних ще присутня багата на водень атмосфера.

Прикладом такої подвійної системи є PSR J1023+0038. У 2001 році видимі спектри пульсара PSR J1023+0038 ще показували лінії емісії акреційного диска довкола нейтронної зорі, а з 2004 року їх більше не спостерігали[8].

Приклади
  • PSR B1957+20
  • PSR B1744−24A

Примітки
  1. R. H. H. Huang, A. K. H. Kong, J. Takata, C. Y. Hui, L. C. C. Lin, K. S. Cheng: X-ray studies of the Black Widow Pulsar PSR B1957+20. In: Astrophysics. Solar and Stellar Astrophysics. 2012 (arXiv:1209.5871).
  2. W. Bednarek and J. Sitarek: High energy emission from the nebula around the Black Widow binary system containing millisecond pulsar B1957+20. In: Astrophysics. Solar and Stellar Astrophysics. 2012 (arXiv:1212.6394).
  3. Mallory S.E. Roberts: New BlackWidows and Redbacks in the Galactic Field. In: Astrophysics. Solar and Stellar Astrophysics. 2011 (arXiv:1103.0819).
  4. H.J. Pletsch: Binary Millisecond Pulsar Discovery via Gamma-Ray Pulsations. In: Astrophysics. Solar and Stellar Astrophysics. 2012 (arXiv:1211.1385).
  5. J.E. Horvath, O.G. Benvenuto: Is There a Crisis in Neutron Star Physics?. In: Astrophysics. Solar and Stellar Astrophysics. 2013 (arXiv:1307.1832v1).
  6. D. Altamirano et al.: Discovery of an accreting millisecond pulsar in the eclipsing binary system Swift J1749.4-2807. In: Astrophysics. Solar and Stellar Astrophysics. 2010 (arXiv:1005.3527).
  7. P. R. Breton et al.: DISCOVERY OF THE OPTICAL COUNTERPARTS TO FOUR ENERGETIC FERMI MILLISECOND PULSARS. In: Astrophysics. Solar and Stellar Astrophysics. 2013 (arXiv:1302.1790v1).
  8. Mallory S.E. Roberts: Surrounded by spiders! New black widows and redbacks in the Galactic field. In: Astrophysics. Solar and Stellar Astrophysics. 2012 (arXiv:1210.6903).
This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.