Рентгеновское излучение от аккрецирующих нейтронных звезд по данным миссий гранат, RXTE и интеграл

Нейтронные звезды были открыты «на кончике пера» в 30-е годы. Еще тогда теоретиками была выдвинута гипотеза о существовании небесных объектов с очень высокой плотностью вещества и с малыми радиусами. Однако обнаружить такие объекты не представлялось возможным, так как остаточное тепловое излучение данных объектов оказывалось очень слабым из-за их малой площади. Таким образом, стало очевидным, что нейтронные звезды могут обнаружить себя только косвенным образом, т. е. должен существовать какой-то более мощный механизм формирования излучения. Одним из таких механизмов может быть аккреция вещества (либо из окружающего пространства, либо со звезды-компаньона в двойной системе) на нейтронную звезду. Расчеты показывали, что эффективная температура такого излучения лежит в рентгеновской области спектра (2−10 кэВ). На тот момент астрономам для наблюдений были доступны только телескопы и приборы, базирующиеся на поверхности Земли. Так как подавляющее число рентгеновских лучей поглощается земной атмосферой, нейтронные звезды оставались вне поля зрения астрономов около тридцати лет. Ситуация кардинально поменялась в 60-е годы, когда получила развитие внеатмосферная рентгеновская астрономия и с баллонов были обнаружены первые внесолнечные источники рентгеновского излучения и существование нейтронных звезд было экспериментально подтверждено. Особенно бурно рентгеновская астрономия начала развиваться в 70-е годы, после того как в 1970 г. был запущен первый научный спутник-обсерватория инили (БАБ-!), работающий в рентгеновской области спектра, приборами которого за два года работы было зарегистрировано 339 рентгеновских объектов.

Дальнейшие исследования показали, что большая часть источников рентгеновского излучения — двойные рентгеновские системы, в которых основное энерговыделение приходится на процесс аккреции — перетекание вещества от нормального звездного компаньона к компактному объекту (нейтронной звезде или черной дыре). При этом оказалось, что наблюдательные проявления двойных рентгеновских систем не одинаковы и зависят от параметров компактного объекта и самой двойной системы. Все двойные рентгеновские системы можно условно разделить на две большие группы — маломассивные двойные рентгеновские системы (в англоязычной литературе принята аббревиатура ЬМХВ) с массой оптической звезды-компаньона М ~ 1 Л4©и массивные двойные рентгеновские системы (НМХВ) с массой компаньона М > 10 М©-. Кроме того, свойства двойных систем сильно зависят и от величины магнитного поля нейтронной звезды. Подавляющее большинство систем с сильнозамагниченным компактным объектом (молодые нейтронные звезды, В ~ 1012 Гс) относится к классу НМХВ и проявляет когерентные пульсации в собственном рентгеновском излучении, то есть является пульсарами. Значительная часть двойных систем с массивным оптическим компаньоном является транзиентами, то есть время от времени переходит из своего обычного состояния в состояние с высокой светимостью. Такие переходы у одних систем довольно регулярны, а у других крайне редки, а длительность пребывания в высоком по светимости состоянии может варьироваться от часов до месяцев. Двойные системы со слабозамагниченым компактным объектом (старые нейтронные звезды, В ~ 109 Гс) составляют большую часть всех ЬМХВ. Этот тип объектов очень разнообразен. Излучение, регистрируемое от таких объектов, может характеризоваться различными наблюдательными проявлениями: рентгеновскими всплесками, вызванными термоядерными взрывами на поверхности нейтронной звезды (всплески 1-го типа, их длительность от нескольких секунд до часов) или кратковременными изменениями темпа аккреции (всплески П-го типа, их длительность порядка секунд) — мощными продолжительными вспышками (длящимися дни и даже месяцы) — резкими провалами на кривой блеска — дипами, вызванными затмениями излучающей области оптическим компаньоном или аккреционным дискомквази пери одическими осцилляциями потокаа также от таких объектов были обнаружены кило-герцевые квазипериодические и когерентные пульсации, свидетельствующие о том, что нейтронные звезды в этих системах вращаются со скоростью несколько сот оборотов в секунду.

Детальное исследование временных историй и спектральных характеристик излучения дает возможность понять, какие процессы происходят в этих системах, где вещество находится в экстремальных условиях (при высоких температурах и высоких давлениях), не достижимых в лабораторных условиях. В частности, очень интересным представляется исследование двойных рентгеновских систем в переходные периоды, когда темп аккреции меняется в несколько раз, либо во время пекулярных событий, таких как термоядерные взрывы, во время которых в системе может быть даже нарушен процесс аккреции.

Часть I.

Инструментальная.

1. BowyerS., Byram E.T., Chubb TA. et al//Science, 1965, v.147,p.394.

2. Hoffman J Л., Marshall H.L., andLewin W.H.G.// Nature, 1978, v.271,p.630.

3. Inoue, H.- Koyama, K.- Makishima, K. et al. // Astrophys.J. 1981, v.250, L71.

4. Karzas&Latter//ApJS, 1961, v.6,p.167.

5. Makishima K., Mitsuda K., Inoue H. et al.// Astrophys.J. 1983, v.267, p.310.

6. Molkov 5. K, Grebenev SA., Pavlinsky M.N., Sunyaev RA. // Astrophys. Lett. & Commun. 1999. v.38. p.141−144.

7. Pavlinsky M.N., Grebenev S.A., Sunyaev RA.//Astrophys.J. 1994, v.425,p.110.

8. Shakura N.I.//Soviet Astronomy-AJ, 1972, v. 16, p.532.

9. Sunyaev R., Titarchuk L.G.//Astron. Astrophys., 1980, v.86, p.121.

10. Zombeck M.// Handbook of Astronomy and Astrophysics, Second Edition (Cambridge, UK: Cambridge University Press).

11. Я. Б. Зельдович, H.И. Шакура// Астрон. Жури, 1969, т.46, с. 225.