Медленный ветер нейтронной звезды ставит под сомнение законы космической физики

Новейшая японско-американская миссия XRISM (X-Ray Imaging and Spectroscopy Mission) сделала неожиданное открытие, которое может изменить представления о процессах, формирующих нашу Вселенную. При наблюдении нейтронной звезды GX13+1 учёные впервые зафиксировали необычно медленный и плотный «ветер», который выбрасывается из окрестностей звезды. Вместо ожидаемого мощного потока со скоростью в сотни миллионов километров в час, XRISM зафиксировал густой, туманообразный выброс, что полностью противоречит существующим теориям. Результаты, опубликованные в журнале Scientific Reports, указывают: даже в самых экстремальных условиях космоса поведение материи и энергии может быть куда сложнее, чем предполагала классическая астрофизика.

Когда ветер ломает законы астрофизики

Наблюдения проводились 25 февраля 2024 года с помощью спектрометра Resolve, одного из ключевых инструментов XRISM. Этот прибор способен измерять энергию отдельных рентгеновских фотонов с беспрецедентной точностью, раскрывая мельчайшие детали в поведении горячего вещества, вращающегося вокруг компактных объектов. GX13+1 — это нейтронная звезда, оставшаяся после взрыва массивной звезды. Она окружена аккреционным диском — кольцом сверхгорячего газа, который постепенно падает на поверхность звезды, излучая мощное рентгеновское свечение. Именно из таких дисков часто вырываются сильнейшие потоки вещества — так называемые астрофизические ветры, способные влиять на всё вокруг. «Когда мы впервые увидели эти данные, стало ясно — это открытие изменит наше понимание рентгеновских источников», — говорит доктор Маттео Гуайнацци, научный куратор проекта XRISM от Европейского космического агентства (ESA). — «То, о чём мы мечтали десятилетиями, стало реальностью».

Ветер, который не спешит

Во время наблюдений GX13+1 неожиданно стала ярче, достигнув предела, известного как предел Эддингтона — состояния, когда давление излучения уравновешивает силу гравитации. В этот момент свет буквально отталкивает вещество, создавая мощный поток наружу. Учёные ожидали увидеть стремительный выброс, но вместо этого зарегистрировали плотный и медленный ветер, скорость которого составила около 1 миллиона км/ч — по космическим меркам это очень мало. «Этот ветер оказался не просто медленным — он был похож на туман, окутывающий звезду», — рассказывает руководитель исследования, профессор Крис Дон из Даремского университета (Великобритания). — «Как будто смотришь на Солнце через плотную пелену. Свет тускнеет, а сама структура системы будто растворяется». Для сравнения: при аналогичных условиях у сверхмассивных чёрных дыр такие ветры разгоняются до 20–30% скорости света (около 200–300 миллионов км/ч).

Почему нейтронная звезда «дышит» иначе, чем чёрная дыра

Учёные заметили, что потоки вещества у нейтронных звёзд и сверхмассивных чёрных дыр ведут себя по-разному, хотя в обоих случаях энергия близка к пределу Эддингтона. В чёрных дырах наблюдаются быстрые и рваные выбросы, а у GX13+1 — плавный и равномерный поток. Почему так происходит? Команда XRISM предполагает, что дело в температуре аккреционного диска. У сверхмассивных чёрных дыр диски огромны и относительно «прохладны» — их излучение сосредоточено в ультрафиолетовом диапазоне, тогда как у нейтронных звёзд и малых чёрных дыр диски значительно горячее и ярче в рентгеновском спектре. Именно ультрафиолетовое излучение, по расчётам учёных, эффективнее взаимодействует с материей, выталкивая её наружу и создавая более быстрые ветры. Рентгеновское же излучение, напротив, пронизывает вещество, не оказывая столь сильного давления.

Значение для понимания эволюции галактик

Открытие может существенно изменить представления о взаимосвязи между излучением, материей и формированием галактик. Ведь подобные ветры играют важнейшую роль в космической экосистеме: они могут сжимать газовые облака, вызывая рождение звёзд, или наоборот — рассеивать их, прекращая звездообразование. «Если наши выводы верны, мы пересмотрим фундаментальное понимание того, как энергия перераспределяется во Вселенной», — отмечает Крис Дон. Медленные, плотные ветры, подобные обнаруженным у GX13+1, могут по-другому воздействовать на окружающее пространство — создавая «туманную» зону, которая препятствует формированию новых звёзд, но при этом удерживает материю вблизи источника.

XRISM — окно в невидимую Вселенную

Миссия XRISM была запущена 7 сентября 2023 года и стала совместным проектом JAXA (Японское агентство аэрокосмических исследований), NASA и ESA. На борту спутника два прибора: Resolve — рентгеновский калориметр, измеряющий энергию отдельных фотонов с точностью, ранее недостижимой для астрономии. Xtend — широкоугольная камера, позволяющая фиксировать излучение окружающих регионов. Благодаря этим инструментам XRISM уже открыл новую эпоху в изучении космоса — с детализацией, позволяющей буквально «читать» структуру рентгеновских источников. «Это открытие демонстрирует, насколько мощным инструментом становится высокоточная спектроскопия», — говорит астрофизик ESA Камилль Диес. — «XRISM открывает путь к будущим обсерваториям, таким как NewAthena, которые позволят ещё глубже понять, как энергия формирует Вселенную».

Итог

Медленный, плотный ветер нейтронной звезды GX13+1 — это не просто редкий космический феномен, а вызов современной физике. Он показывает, что даже знакомые нам процессы — падение и выброс вещества — могут кардинально отличаться в зависимости от условий и температуры околозвёздной среды. А значит, чтобы понять, как формируются галактики, звёзды и сама Вселенная, учёным придётся заново осмыслить роль света, излучения и материи — от микроскопических частиц до космических масштабов.

• Сатурн и метеоры кометы Галлея: что увидеть на небе в октябре
• NASA проверит, скрывается ли под лунным провалом большая пещера
• Почему Уран вращается «на боку»: учёные изучают след исчезнувшего спутника
• NASA включило 300-мегапиксельную камеру космического телескопа Roman
• Чёрные дыры разных размеров могут выбрасывать струи вещества по единому правилу
• «Джеймс Уэбб» раскрыл удивительно упорядоченную погоду в мире в 20 световых годах от Земли
• Новолуние наступит 11 сентября: почему это хорошее время для наблюдения за звёздами
• Детектор LUX-ZEPLIN уловил загадочный сигнал: физики проверяют возможный след тёмной материи