Чёрная вдова потяжелее: Новый взгляд на систему J1928+1815

от

Автор: Денис Аветисян

Астрономы предлагают альтернативное объяснение природы необычной двойной системы J1928+1815, предполагая, что она представляет собой массивную систему типа «чёрная вдова» с сильно эродированным белым карликом.

Распределение пульсаров на плоскости $E\dot{}-P_{\text{b}}$ демонстрирует, что уникальное сочетание мощности замедления вращения и орбитального разделения пульсара J1928+1815 препятствует эффективному охлаждению, при этом выделенная область, благоприятствующая данному процессу для систем с белым карликом массой $1\,\text{M}_{\odot}$ и нейтронной звездой 1.4 $ \text{M}_{\odot}$, отличается от аналогичной области для систем с белым карликом 0.6 $ \text{M}_{\odot}$, что указывает на возможность обнаружения схожих явлений у вновь открытых пульсаров в выделенной области.
Распределение пульсаров на плоскости $E\dot{}-P_{\text{b}}$ демонстрирует, что уникальное сочетание мощности замедления вращения и орбитального разделения пульсара J1928+1815 препятствует эффективному охлаждению, при этом выделенная область, благоприятствующая данному процессу для систем с белым карликом массой $1\,\text{M}_{\odot}$ и нейтронной звездой 1.4 $ \text{M}_{\odot}$, отличается от аналогичной области для систем с белым карликом 0.6 $ \text{M}_{\odot}$, что указывает на возможность обнаружения схожих явлений у вновь открытых пульсаров в выделенной области.

Исследование показывает, что радиозатмения в системе J1928+1815, вероятно, вызваны абляцией белого карлика, а не его гелиевым составом, как предполагалось ранее.

Несмотря на общепринятые модели, природа затмений в пульсарных двойных системах остается предметом дискуссий. В данной работе, посвященной двойной системе J1928+1815 и озаглавленной «Альтернативное объяснение для гелиевой звезды в пульсарной двойной системе J1928+1815: самая тяжеловесная система «черная вдова» на сегодняшний день», мы предлагаем, что наблюдаемые радиоэклипсы могут быть вызваны не гелиевой звездой-компаньоном, а массивным, активно испаряющимся белым карликом. Наши наблюдения не подтверждают наличие ожидаемой гелиевой звезды, что позволяет предположить, что J1928+1815 представляет собой новую категорию тяжеловесных систем «черная вдова». Может ли этот механизм испарения белого карлика объяснить радиоэклипсы в более широком диапазоне двойных систем, чем считалось ранее, и какие дополнительные наблюдения необходимы для подтверждения этой гипотезы?

Миллисекундные пульсары и белые карлики: зеркало звездной эволюции

Двоичные системы, состоящие из миллисекундных пульсаров и белых карликов, представляют собой конечную стадию эволюции двойных звезд, где гравитационное взаимодействие привело к экстремальным физическим условиям. В этих системах, один из компонентов — нейтронная звезда, вращающаяся с невероятной скоростью — порядка сотен раз в секунду, — является результатом аккреции вещества от звезды-компаньона, обычно белого карлика. Этот процесс аккреции приводит к значительному увеличению массы и плотности нейтронной звезды, а также к формированию мощного магнитного поля. Уникальность этих систем заключается в сочетании экстремальной гравитации, высоких скоростей вращения и сильных магнитных полей, что делает их естественными лабораториями для изучения фундаментальных законов физики, включая общую теорию относительности и уравнение состояния сверхплотной материи. Изучение этих объектов позволяет ученым получить ценные сведения о процессах, происходящих в конце жизни звезд и о формировании самых экзотических объектов во Вселенной.

Исследование двойных систем, состоящих из миллисекундных пульсаров, имеет первостепенное значение для проверки фундаментальных представлений о физике и эволюции звезд. Эти системы представляют собой уникальные лаборатории, где можно исследовать экстремальные гравитационные поля и плотность материи, недостижимые в других астрофизических средах. Анализ динамики этих двойных систем позволяет проверять предсказания общей теории относительности Эйнштейна с беспрецедентной точностью, а также уточнять модели термоядерных реакций и процессов аккреции, определяющих конечные стадии эволюции звезд. Кроме того, изучение компонентов таких систем, в частности, белых карликов, позволяет получить информацию о процессах, происходящих в плотной материи и о механизмах образования и гибели звезд.

Детальное изучение двойных систем, состоящих из миллисекундных пульсаров и белых карликов, сопряжено со значительными наблюдательными трудностями. Обнаружение и характеристика компаньона — белого карлика — представляет собой серьезную задачу, поскольку он значительно слабее и меньше пульсара, что затрудняет его прямое наблюдение. Анализ влияния компаньона на импульсы пульсара, например, через эффект Доплера или изменения в периоде вращения, требует высокой точности измерений и сложных математических моделей. Кроме того, ориентация системы относительно наблюдателя может сильно влиять на видимые характеристики, усложняя интерпретацию данных. Преодоление этих трудностей требует использования самых современных телескопов и передовых методов обработки данных, а также разработки новых теоретических моделей для адекватного описания наблюдаемых явлений.

Пути звездной эволюции: от рентгеновских двойных систем к MSP-WD

Образование двойных систем миллисекундных пульсаров и белых карликов (MSP-WD) часто начинается с рентгеновской двойной системы с высокой массой (HMXB). В процессе эволюции происходит значительный перенос массы с более массивной звезды на компаньона. Этот перенос массы может привести к фазе общей огибающей (Common Envelope Phase), когда звезда-компаньон оказывается внутри расширенной оболочки звезды-донора. В этой фазе гравитационное взаимодействие и трение приводят к потере энергии и уменьшению орбиты, что в конечном итоге приводит к формированию тесной двойной системы, состоящей из нейтронной звезды и белого карлика.

В результате переноса массы и фазы общего оплота в системах MSP-WD образуется маломассивный белый карлик. Его масса и характеристики определяются процессами аккреции вещества от нейтронной звезды и последующей абляцией — удалением внешних слоев вещества под воздействием интенсивного излучения и приливных сил. Интенсивность аккреции зависит от скорости переноса массы и магнитных полей нейтронной звезды, что приводит к различным типам аккреционных дисков и влиянию на состав атмосферы белого карлика. Абляция, в свою очередь, может существенно снизить массу белого карлика, формируя его конечные параметры и влияя на стабильность системы в долгосрочной перспективе.

Система J1928+1815, обнаруженная в рамках обзора FAST Galactic Plane Pulsar Snapshot Survey, представляет собой важный объект для проверки моделей эволюции двойных систем, включающих миллисекундные пульсары и белые карлики. Определение орбитального периода данной системы, которое заняло три года наблюдений и составило 3.60 часа, позволяет уточнять параметры процессов переноса массы и общей оболочки, происходящих в процессе эволюции от высокомассивной рентгеновской двойной системы (HMXB) к MSP-WD двойной системе. Высокая точность определения периода является ключевым фактором для построения детальных эволюционных моделей и проверки теоретических предсказаний о конечных параметрах системы.

Мультиволновой взгляд на J1928+1815: раскрывая детали системы

Для исследования J1928+1815 была применена мультиволновой подход, объединивший данные из различных источников. Использовались данные обзора Two Micron All Sky Survey (2MASS), предоставляющие информацию в инфракрасном диапазоне, астрометрические данные миссии Gaia, позволившие уточнить положение и движение объекта, а также собственные наблюдения в ближнем инфракрасном диапазоне, выполненные с помощью инструмента EMIR на телескопе GTC (Gran Telescopio Canarias). Комбинация данных, полученных в разных диапазонах электромагнитного спектра, позволила получить комплексное представление об исследуемом объекте и его окружении.

Для редукции данных, полученных с помощью инструмента EMIR@GTC, был использован пакет PyEmir. Применение PyEmir позволило с высокой точностью определить орбитальные параметры системы J1928+1815, включая период, эксцентриситет и аргумент периастра. Характеристики вторичного компонента, такие как его масса и радиус, были оценены на основе анализа полученных орбитальных параметров и данных фотометрии. В частности, была проведена оценка массы на уровне $0.6 \pm 0.1$ солнечных масс и радиуса на уровне $0.8 \pm 0.2$ солнечных радиусов, что позволило классифицировать компоньона как звезду главной последовательности спектрального класса G или K.

Наблюдения за J1928+1815 выявили отчетливое радиозатмение, вероятно, вызванное экранированием внутри магнитосферы белого карлика. Достигнутые предельные значения величин составили 23.728 ± 0.150 в J-полосе и 22.207 ± 0.276 в H-полосе, что на 33-44 звездных величины глубже, чем в предыдущих наблюдениях. Это позволяет более детально исследовать структуру и свойства магнитосферы данного белого карлика и механизмы, приводящие к радиозатмениям в подобных системах.

Для оценки астрометрической точности анализа, положение яркого объекта на изображении определено по данным Gaia, EMIR и измерено с помощью SExtractor, что позволило установить его координаты в центре синего круга и оценить локальный фоновый сигнал в области белого кольца.
Для оценки астрометрической точности анализа, положение яркого объекта на изображении определено по данным Gaia, EMIR и измерено с помощью SExtractor, что позволило установить его координаты в центре синего круга и оценить локальный фоновый сигнал в области белого кольца.

Классификация и изменчивость компаньона: тонкости двойных систем

Пульсар J1928+1815 демонстрирует признаки, характерные как для пульсаров типа «Чёрная вдова», так и для «Красных спин», что указывает на существование непрерывного спектра типов звёзд-компаньонов. Традиционно, «Чёрные вдовы» характеризуются очень маломассивными, практически полностью испаренными звёздами-компаньонами, в то время как «Красные спины» имеют более массивные звёздные компаньоны. J1928+1815, однако, обладает промежуточными характеристиками, размывая границы между этими двумя категориями. Данное наблюдение предполагает, что классификация на отдельные типы может быть упрощением, и что существует плавный переход от систем с сильно испаренными компаньонами к системам с более массивными. Изучение J1928+1815 позволяет лучше понять эволюцию двойных систем, состоящих из миллисекундных пульсаров и белых карликов, и уточнить модели переноса массы и абляции вещества, происходящие в этих экстремальных астрофизических объектах.

Наблюдаемые радиозатмения в системе J1928+1815, занимающие около 17% от полного орбитального периода, предоставляют уникальные ограничения на геометрию компаньона и свойства окружающего его материала. Данное явление, отличающее данную систему от большинства известных миллисекундных пульсаров в двойных системах с белыми карликами, позволяет с высокой точностью определить размеры и плотность материи, формирующей аккреционный диск вокруг компаньона. Анализ длительности и формы затмений указывает на наличие сложной структуры в окружающей среде, возможно, обусловленной неравномерным распределением вещества или наличием специфических магнитных полей. Такие детализированные наблюдения критически важны для построения более точных моделей аккреции и переноса массы в подобных двойных системах, способствуя лучшему пониманию эволюции этих экзотических объектов.

Анализ данных позволил установить минимальную массу компаньона в системе J1928+1815, которая составляет 1.15 массы Солнца при массе пульсара 1.4 солнечных массы, или 0.97 массы Солнца, если масса пульсара равна 1 солнечной массе. Полученные результаты вносят существенный вклад в уточнение моделей передачи массы и абляции в двойных системах, состоящих из миллисекундных пульсаров и белых карликов. Эти данные позволяют лучше понять процессы формирования и эволюции подобных экзотических систем, проливая свет на механизмы, определяющие их характеристики и долговечность. Оценка минимальной массы компаньона служит важным параметром для проверки теоретических моделей и позволяет сузить диапазон возможных сценариев эволюции двойных систем с компактными объектами.

Исследование двойной системы J1928+1815 демонстрирует сложность интерпретации астрофизических данных. Авторы предлагают убедительное объяснение радиоэклипсов, связанных с массивным аккрецирующим белым карликом, подверженным сильному облучению, а не с экзотической гелиевой звездой. Как отмечал Никола Тесла: «Самая ценная вещь — это творческое воображение». Данное исследование показывает, что даже при наличии обширных данных, необходим творческий подход и готовность рассматривать альтернативные объяснения, особенно когда речь идет о системах, находящихся на границе известных физических моделей. Анализ устойчивости решений Эйнштейна и численные методы, примененные в работе, позволяют уточнить параметры системы и проверить предложенную модель.

Что Дальше?

Представленное исследование двойной системы J1928+1815, хотя и склоняется к модели массивной «чёрной вдовы» с сильно абляционным белым карликом, лишь подчеркивает глубину нерешённых вопросов. Предположение о гелиевой звезде как альтернативе, пусть и менее вероятное, заставляет задуматься о границах применимости существующих моделей звёздной эволюции. Необходимо дальнейшее изучение динамики аккреции вещества на компактный объект, особенно в контексте формирования радиоэклипсов. Точные измерения кривизны пространства-времени вблизи горизонта событий, если это вообще возможно, останутся краеугольным камнем будущих исследований.

Следует признать, что «сингулярность» в рамках классической теории — это не физический объект в привычном смысле, а скорее предел применимости наших уравнений. Попытки описать процессы, происходящие за горизонтом событий, неизбежно сталкиваются с фундаментальными ограничениями. Поиск альтернативных теорий гравитации, способных обойти эти ограничения, представляется не просто академическим упражнением, а необходимостью. Гравитационный коллапс формирует горизонты событий с точными метриками кривизны, но что находится за ними — вопрос, на который, возможно, не существует ответа.

В конечном счёте, исследование подобных систем — это не столько поиск истины, сколько осознание хрупкости наших представлений о Вселенной. Каждая новая модель, как и каждый горизонт событий, неминуемо скрывает за собой новые загадки, напоминая о том, что знание — это лишь временное прибежище в океане незнания.

Оригинал статьи: https://arxiv.org/pdf/2511.17248.pdf

Связаться с автором: https://www.linkedin.com/in/avetisyan/

Смотрите также:

2025-11-24 23:22