Астрофизики МГУ обнаружили эволюционные связи между различными типами замагниченных компактных космических объектов, что не только помогает понять их природу, но и предсказывает существование ещё не открытых.

За последние полвека астрономы открыли много экзотических компактных космических объектов, деятельность которых связана с сильным магнитным полем: радиопульсары, поляры, магнитары, рентгеновские пульсары гамма-повторители, быстрые радио-вспышки и другие, пока не объяснённые до конца явления. Астрофизики МГУ пришли к выводу, что для объяснения появления во Вселенной всего этого «зоопарка» необходим единый эволюционный подход. Они решили свести множество открытых за последние годы новых объектов воедино, предприняв попытку своего рода «Великого объединения» в мире релятивистских замагниченных звёзд. Используемый ими подход предоставляет астрофизикам инструмент для понимания различных наблюдаемых особенностей и эволюционных отношений нейтронных звезд и белых карликов. А полученная эволюционная картина не просто демонстрирует генетическую связь между различными типами компактных источников, но и предсказывает новые, ещё не открытые объекты во Вселенной. Исследование опубликовано в журнале New Astronomy Review

Диаграмма «Период – гравимагнитный параметр» для космических объектов, связанных с нейтронными звездами и белыми карликами, . (Владимир Липунов/МГУ)

Эволюционные потоки на дигарамме «Период-Гравимагнитный параметр». (Владимир Липунов/МГУ)

Грави-магнитный ротатор (Владимир Липунов/МГУ)

В основу работы был положен универсальный подход ко всем замагниченным объектам, основанный на одной объединяющей эти объекты идее, которой стал теоретический объект «грави-магнитный ротатор» (ГМР), предложенный профессором МГУ Владимиром Михайловичем Липуновым ещё вначале 1980-х годов. По сути это просто вращающийся намагниченный шар, взаимодействующий с окружающей плазмой посредством гравитационного и электромагнитного взаимодействий. У него только три параметра – масса, магнитный дипольный момент и скорость вращения вокруг оси.

Несмотря на крайнюю простоту объекта, процесс его взаимодействия с окружающей плазмой очень сложный. Фактически речь идет об описании электродинамических процессов в падающей под действием гравитационного поля компактной звезды плазме – сложнейшая магнитогидродинамическая задача в гравитационном поле, не решённая до сих пор. Чтобы понять степень сложности, её достаточно сравнить с гораздо более простой гидродинамической задачей в постоянном магнитном поле Земли – предсказанием погоды теоретическим моделированием.

Оказалось, все открытые за последние десятилетия объекты, связанные с нейтронными звездами и белыми карликами, можно расположить на одной плоскости в виде диаграммы «период – грави-магнитный параметр» (см. иллюстрацию). Она демонстрирует генетическую связь между различными типами компактных источников и позволяет понять эволюцию этих объектов.

Вот как на этой диаграмме легко угадывается уже известный научному миру сценарий возникновения миллисекундных радиопульсаров (зеленые точки). Видно, что их множество располагается параллельно линии, вдоль которой протянулись жёлтые точки – старые нейтронные звёзды – рентгеновские барстеры. Возникает предположение, что жёлтые точки превращаются в зелёные (на второй иллюстрации этот эволюционный поток показан стрелкой). Физически это происходит из-за того, что в процессе аккреции в маломассивных двойных системах красных карликов и нейтронных звезд последние теряют свое магнитное поле и раскручиваются падающим на них веществом до миллисекундных периодов. А когда красный карлик, теряя массу, превращается в планету, темп аккреции уменьшается в десятки миллионов раз и жёлтые точки почти мгновенно превращаются в зелёные переносом параллельно горизонтальной оси. Там они и остаются «навсегда» - ведь магнитного поля у них так мало, что они почти не тормозятся.

Но диаграмма не только объясняет, но и подсказывает, как обычные радиопульсары (красные точки) затухают, переходя на стадию пропеллера, а некоторые из них – те, что оказались в двойных системах, потом превращаются в рентгеновские пульсары (синие и фиолетовые точки).

А вот множество магнитаров, которые в последние годы преподносят сюрпризы, выдавая себя то за гамма-повторители, то за аномальные рентгеновские пульсары или даже появляются в виде радио-вспышек, изображаются малиновыми треугольничками. Легко заметить, что горизонтальная огибающая этой «малины» параллельна линии поляров. Но поляры – это белые карлики, а магнитары – нейтронные звёзды. Однако, оказывается у этих, казалось бы, разных объектов есть общее: обе эти группы являются рекордсменами магнитных полей в своих классах звезд. И авторы работы вспомнили давно предлагавшийся сценарий образования нейтронных звезд из белых карликов. Если белые карлики в двойных системах, как и нейтронные звезды, могут набирать массу, то в какой-то момент они могут превратиться в нейтронные звёзды. Но тогда становится понятно, что из самых сильно замагниченных белых карликов могут родиться магнитары!

С помощью пакета компьютерных программ «Машина Сценариев» исследователи провели популяционный синтез этого превращения в природе и показали, что такой сценарий может представлять собой реальную эволюционную веточку образования магнитаров!

Таким образом, с помощью нового подхода астрономам МГУ удалось дать интерпретацию целому ряду явлений для нейтронных звёзд и белых карликов, а также выявить эволюционные связи объектов разных типов

По материалам пресс-релиза МГУ