Звезда‑монстр бросает вызов законам физики: объект в миллионы раз ярче Солнца ставит учёных в тупик

Новая звезда рушит законы физики своей яркостью — The Astrophysical Journal

Некоторые явления во Вселенной настолько экстремальны, что ставят под сомнение привычные законы физики. Новое открытие NASA как раз из этой категории: астрономы зафиксировали объект, который светит так ярко, что, казалось бы, нарушает фундаментальные пределы природы. Речь идёт о звезде M82 X-2, чья яркость превышает солнечную в десятки миллионов раз. Об этом сообщает издание Earth.com.

Свет, бросающий вызов пределам Эддингтона

На расстоянии около 12 миллионов световых лет от Земли, в галактике M82, скрывается источник рентгеновского излучения, поражающий своей мощью. Его свет в десять миллионов раз ярче, чем у Солнца, и это не иллюзия. Учёные с помощью рентгеновского телескопа NuSTAR подтвердили, что M82 X-2 действительно превышает теоретический предел яркости, известный как предел Эддингтона — ту грань, после которой излучение должно буквально сдувать вещество с поверхности звезды.

"Эти наблюдения позволяют увидеть эффекты невероятно сильных магнитных полей, которые невозможно воспроизвести на Земле", — отметил астрофизик Национальной астрофизической обсерватории Кальяри Маттео Бачетти.

Исследование, опубликованное в The Astrophysical Journal, показало, что M82 X-2 не просто выглядит ярче из-за особенностей наблюдения. Она действительно генерирует больше света, чем допускают физические законы для объекта её размера.

Нейтронная звезда с безумной мощностью

M82 X-2 — это нейтронная звезда, то есть сверхплотное ядро, оставшееся после взрыва массивной звезды-сверхновой. Масса этого объекта превышает солнечную, но сжата в сферу диаметром всего несколько десятков километров — примерно с крупный мегаполис. Поверхностная гравитация здесь в сто триллионов раз выше земной.

Падающий на звезду газ разгоняется до миллионов миль в час, сталкивается с поверхностью и нагревается до рентгеновских температур. По оценкам NASA, звезда ежегодно "поглощает" около девяти миллиардов триллионов тонн вещества со своей звезды-компаньона — это эквивалент массы Земли, захваченной всего за год. Такой поток материи выделяет энергию, сравнимую с тысячей термоядерных взрывов в секунду.

Энергия излучения M82 X-2 в сотни раз превышает предел Эддингтона для обычных нейтронных звёзд. Именно поэтому её называют "звездой-монстром", бросающей вызов установленным представлениям астрофизики.

Орбитальный танец и "воровство" материи

M82 X-2 существует не в одиночку. Она вращается в паре со звездой-донором, из которой буквально вырывает вещество. Потоки газа формируют аккреционный диск — раскалённое кольцо, спиралевидно падающее на нейтронную звезду. Трение внутри диска делает газ настолько горячим, что он начинает испускать рентгеновские лучи.

Анализ данных телескопа NuSTAR за восемь лет показал, что орбитальный период системы медленно сокращается. Это говорит о колоссальном обмене массой и моментом между звёздами. Учёные подсчитали, что M82 X-2 поглощает вещество в 150 раз быстрее, чем предполагает норма для нейтронных звёзд.

Такое взаимодействие приведёт к постепенному сближению звёзд, и через миллионы лет они могут образовать компактную двойную систему, предшественницу пары нейтронных звёзд или даже чёрных дыр.

Магнитное чудовище

Главная причина невероятной яркости M82 X-2 — экстремальное магнитное поле, которое может достигать 10¹³ гаусс. Это почти уровень так называемого магнетара — редчайшего типа нейтронных звёзд, у которых магнитные силы искажают поведение материи. В таких условиях фотоны взаимодействуют с электронами иначе, чем обычно: излучение не рассеивается, а направляется вдоль силовых линий магнитного поля.

Материя при этом не разлетается, а падает по "туннелям" на поверхность звезды, что позволяет ей сиять в сотни раз ярче физического предела. Компьютерное моделирование подтверждает, что внутренний край диска расположен именно в зоне, где магнитные силы уравновешивают вращение — ещё одно доказательство того, что именно магнитное поле играет ключевую роль в феномене M82 X-2.

Почему открытие так важно

Эта звезда — естественная лаборатория для учёных, где можно наблюдать взаимодействие света, материи и гравитации в экстремальных условиях. Изучение M82 X-2 помогает понять, как рождаются и эволюционируют двойные системы, какие процессы ведут к слияниям нейтронных звёзд и чёрных дыр — событиям, которые порождают гравитационные волны, зафиксированные обсерваториями LIGO и Virgo.

Кроме того, исследование M82 X-2 заставляет по-новому взглянуть на другие сверхяркие рентгеновские источники (ULX). Возможно, многие из них — вовсе не массивные чёрные дыры, а такие же нейтронные звёзды с мощными магнитными полями.

Сравнение сверхярких рентгеновских источников

Если сравнивать M82 X-2 с другими известными ULX-объектами, можно выделить несколько ключевых различий.

Большинство ULX считались чёрными дырами звёздной массы, но M82 X-2 оказалась нейтронной звездой.
Её излучение не иллюзорное, а реальное — она действительно ярче предела Эддингтона.
Магнитное поле у M82 X-2 мощнее, чем у большинства аналогов.
Скорость аккреции материи здесь значительно выше, что делает объект уникальным примером "сверхпитающейся" нейтронной звезды.

Такое сравнение показывает, что граница между чёрными дырами и нейтронными звёздами в наблюдаемой яркости не так очевидна, как считалось раньше.