Белые карлики и нейтронные звёзды в двойных рентгеновских звёздных системах визуально не видны и трудно различимы при исследовании другими методами. Астрономы МГУ нашли способ распознать их с помощью спектральных исследований.

Одним из космических источников рентгеновского излучения служат двойные звёздные системы, в которых оно создаётся веществом, перетекающим со звезды-донора на компаньона. Падение вещества на звезду называется аккрецией, и, соответственно такой компонент системы получил название аккретора. Он представляет собой компактный объект с большим гравитационным полем: белый карлик, нейтронную звезду или чёрную дыру. Наиболее яркой частью системы является возникающий вокруг этого компактного тела аккреционный диск из падающего вещества. При накоплении некоторого предельного количества этого вещества может происходить его падение на поверхность аккретора, а также его термоядерные реакции на поверхности. В обоих случаях наблюдаются вспышки рентгеновского излучения.

Аккреция вещества звезды-донора (жёлтая звезда) на компактный объект с образованием аккреционного диска (синий) и двух полярных джетов в представлении художника. Илл.: ESA, NASA, Felix Mirabel (French Atomic Energy Commission and Institute for Astronomy and Space Physics/Conicet of Argentina) / hubblesite.org

Астрономы МГУ обнаружили спектральные признаки, отличающие во время рентгеновских вспышек белые карлики от нейтронных звёзд, входящих в состав таких двойных систем. Эта задача была одной из ключевых проблем астрофизики последних двух десятилетий. Использование нового метода позволяет определить природу компактного объекта в системе, если она неоднозначна или неизвестна. Результаты работы опубликованы в World Journal of Physics.

Исследователи обнаружили, что нейтронные звёзды и белые карлики в рентгеновских двойных системах во время вспышек имеют постоянный, но разный спектральный индекс α, характеризующий зависимость потока излучения S от частоты n. В простейшем случае степенной зависимости S(n) — это просто показатель степени: S ~ n^a. Различие в спектральных индексах обусловлено тем, что нейтронные звёзды имеют более высокую температуру поверхности, чем белые карлики. Горячая поверхность нейтронных звёзд отражает больше рентгеновского излучения от аккреционного диска, чем сравнительно холодная поверхность белого карлика, которая его в значительной степени поглощает. Эти различия позволяют легко диагностировать природу компактного объекта с помощью высокоточных орбитальных телескопов.

Этот признак прост в применении на практике и не требует дополнительного теоретического моделирования. Следует лишь пронаблюдать объект во время рентгеновской вспышки и установить характер эволюции и величину спектрального индекса, что сразу укажет на природу компактного объекта. В свою очередь нейтронные звёзды и белые карлики представляют собой уникальную возможность исследования свойств материи в сверхплотных состояниях, не встречающихся в земных условиях.