«Звездные ветры – это быстро текущий материал, состоящий из протонов, электронов и атомов металлов, который выбрасывается из звезд», – сказал Прагати Прадхан, научный сотрудник астрономии и астрофизики Пенсильванского университета и ведущий автор статьи. "Этот материал обогащает окружающую звезду металлами, кинетической энергией и ионизирующим излучением. Это исходный материал для звездообразования.
До последнего десятилетия считалось, что звездные ветры однородны, но эти данные Чандры являются прямым доказательством того, что звездные ветры состоят из плотных скоплений."
Наблюдаемая нейтронная звезда является частью массивной рентгеновской двойной системы – компактной, невероятно плотной нейтронной звезды в паре с массивной «нормальной» сверхгигантской звездой.
Нейтронные звезды в двойных системах производят рентгеновские лучи, когда материал от звезды-компаньона падает на нейтронную звезду и ускоряется до высоких скоростей. В результате этого ускорения образуются рентгеновские лучи, которые, в свою очередь, могут взаимодействовать с материалами звездного ветра, создавая вторичные рентгеновские лучи сигнатурных энергий на различных расстояниях от нейтронной звезды.
Нейтральные – незаряженные – атомы железа, например, производят флуоресцентное рентгеновское излучение с энергией 6.4 килоэлектронвольта (кэВ), что примерно в 3000 раз больше энергии видимого света. Астрономы используют спектрометры, такие как инструмент на Чандре, для захвата этих рентгеновских лучей и разделения их на основе их энергии, чтобы узнать о составе звезд.
«Нейтральные атомы железа – более распространенный компонент звезд, поэтому мы обычно видим большой пик на 6."4 кэВ в данных наших спектрометров при просмотре рентгеновских лучей от большинства нейтронных звезд в большой рентгеновской двойной системе", – сказал Прадхан. «Когда мы посмотрели на данные рентгеновского излучения большой рентгеновской двойной системы, известной как OAO 1657-415, мы увидели, что этот пик на 6.4 кэВ имели необычную особенность. Пик имел широкое удлинение до 6.3 кэВ.
Это расширение называется «комптоновским плечом» и указывает на то, что рентгеновские лучи от нейтрального железа обратно рассеиваются плотным веществом, окружающим звезду. Это всего лишь вторая рентгеновская двойная система с большой массой, где такая особенность была обнаружена."
Исследователи также использовали новейшие разработки Chandra, чтобы определить нижний предел расстояния от нейтронной звезды, на котором формируются рентгеновские лучи от нейтрального железа.
Их спектральный анализ показал, что нейтральное железо ионизируется не менее 2 раз.5 световых секунд, расстояние примерно 750 миллионов метров или почти 500 000 миль от нейтронной звезды для получения рентгеновских лучей.
«В этой работе мы видим затемнение рентгеновских лучей от нейтронной звезды и заметную линию от нейтрального железа в рентгеновском спектре – две сигнатуры, подтверждающие комковатую природу звездных ветров», – сказал Прадхан. "Кроме того, обнаружение Комптоновского плеча также позволило нам составить карту окружающей среды вокруг этой нейтронной звезды. Мы надеемся, что сможем улучшить наше понимание этого явления с предстоящим запуском космических аппаратов, таких как Lynx и Athena, которые будут иметь улучшенное рентгеновское спектральное разрешение."
Что касается постдокторской работы Прадхан в Пенсильванском университете под руководством профессора астрономии и астрофизики Дэвида Берроуза, доцента-исследователя астрономии и астрофизики Джейми Кеннеа и профессора-исследователя астрономии и астрофизики Эйба Фальконе, она в основном участвует в написании алгоритмов для бортовое обнаружение рентгеновских лучей от кратковременных астрономических явлений, таких как наблюдаемые в этих массивных рентгеновских двойных системах, для инструментов, которые будут на космическом корабле Athena.
Прадхан и ее команда также проводят дополнительную кампанию по изучению той же массивной рентгеновской двойной системы с другим спутником НАСА – NuSTAR, который будет охватывать более широкий спектр рентгеновских лучей от этого источника в диапазоне энергий от ~ 3 до 70 кэВ – в мае 2019 г.
«Мы также рады предстоящему наблюдению NuSTAR», – сказал Прадхан. «Такие наблюдения в жестком рентгеновском диапазоне добавят еще одно измерение к нашему пониманию физики этой системы, и у нас будет возможность оценить магнитное поле нейтронной звезды в OAO 1657-415, которое, вероятно, в миллион раз сильнее, чем самое сильное магнитное поле на Земле."