Ученые раскрыли возможную причину экстремальной яркости у загадочных объектов, называемых ультраяркими источниками рентгеновского излучения (ULX). В статье, опубликованной в журнале The Astrophysical Journal, опубликовано исследование M82 X-2 — первого обнаруженного ультраяркого источника. Согласно результатам наблюдений, светимость этого пульсара объясняется очень интенсивной аккрецией вещества со звезды-компаньона. Пресс-релиз научной работы был опубликован на сайте Phys.org.
Астрономы использовали космическую рентгеновскую обсерваторию Nuclear Spectroscopic Telescope Array (NuSTAR), чтобы проследить за орбитой нейтронной звезды в системе M82 X-2 в течение семи лет и измерить скорость ее уменьшения. Оказалось, что орбита сокращается на одну восьмимиллионную часть в год, и это соответствует модели, при которой происходит экстремальный перенос массы, более чем в 150 раз превышающий предел переноса, установленный светимостью Эддингтона.
Светимость Эддингтона — это светимость, при которой сила радиационного давления, выталкивающего вещество наружу, уравновешена силой гравитации, действующей на аккрецирующий объект, будто то нейтронная звезда или черная дыра. Значение эддингтоновской светимости соответствует классическому пределу переноса массы, выше которого скорость аккреции не поднимается. Однако у ULX светимость намного превышает этот предел не только для нейтронных звезд, но и для черных дыр звездной массы. Многие ученые предполагали, что ULX являются свидетельством существования редких объектов, которые занимают промежуточное место между звездными черными дырами и сверхмассивными черными дырами.
Однако в 2014 году был открыт M82 X-2 — пульсирующий ультраяркий источник рентгеновского излучения (PULX), который представляет собой аккрецирующую нейтронную звезду, чья светимость в сотни раз превышает ее теоретический эддингтоновский предел. Было предложено объяснение, что источники этого типа испускают не совсем изотропное (одинаковое во всех направлениях) излучение, как изначально предполагалось для ULX. Вместо этого звездный ветер формирует конусы из газа, концентрируя излучение в двух противоположных направлениях. Если оно совпадает с лучом зрения с Земли. то может создаваться иллюзия превышения предела Эддингтона.
Согласно альтернативному сценарию, если нейтронная звезда обладает сильным магнитным полем, то происходит уменьшение сечения томсоновского рассеяния, то есть падает вероятность рассеяния электромагнитного излучения на заряженных частицах. В результате предел Эддингтона для данного объекта достигается при гораздо более высоком переносе массы.
Наблюдаемое затухание орбиты M82 X-2 совместимо со сценарием высокого переноса массы от более массивной звезды-донора. Нейтронная звезда перетягивает на себя около 9 миллиардов триллионов тонн в год (примерно одна пятимиллионная часть Солнца), что в 200 раз превышает предел Эддингтона. При этом наблюдаемая светимость оказывается даже ниже, чем следовало бы ожидать от такой аккреции, что объясняется выдуванием вещества звездным ветром. Однако ученые указывают, что затухание может происходить и из-за других механизмов, например, синхронизации вращения звезды-донора с орбитальным вращением, и необходимы дальнейшие исследования механизмов сокращения орбиты.