Рентгеновские лучи зондируют гравитационное поле нейтронной звезды

Схематическое изображение источника 1Е1207.4-5209, — нейтронной звезды с горячим пятном на полюсе и очень сильным магнитным полем (фиолетовые линии). Эта нейтронная звезда расположена на расстоянии около 7000 световых лет от Земли. На графике справа показаны ожидаемый (голубая штрихованная линия) и наблюдаемый (сплошная зелёная линия) спектры рентгеновского излучения от горячего пятна. Провалы в наблюдаемом спектре — это линии поглощения газом в атмосфере нейтронной звезды. Illustration: CXC/M.Weiss; Graph: NASA/PSU/G.Pavlov et al.

С помощью Орбитальной Рентгеновской Обсерватории Chandra (NASA) астрономы обнаружили особенности в спектре нейтронной звезды, которые могут быть первым прямым свидетельством влияния гравитации на излучение от нейтронной звезды. В случае подтверждения это открытие поможет учёным измерить гравитационное поле нейтронной звезды и определить, содержит ли она невидимые на Земле экзотические формы вещества.

Группа учёных под руководством Джоржа Павлова (George Pavlov, Penn State University) наблюдали 1E 1207.4-5209 — нейтронную звезду, расположенную в центре остатка сверхновой на расстоянии около 7000 световых лет от Земли. Результаты были представлены Американскому Астрономическому Обществу 6 июня 2002 года.

Группа Павлова обнаружила два провала, или линии поглощения в рентгеновском спектре нейтронной звезды. Если эти провалы образовались в результате поглощения рентгеновских лучей ионами гелия в сильном магнитном поле около звезды, то гравитационное поле уменьшает энергию рентгеновских лучей, выходящих из области вблизи поверхности нейтронной звезды.

"Такая интерпретация согласуется с данными наблюдений," — утверждает Павлов, "но эти провалы могут быть блендами из нескольких линий поглощения. Необходимы более точные измерения."

"Эти линии поглощения могут быть первым свидетельством влияния гравитации на излучение вблизи поверхности изолированной нейтронной звезды," — продолжает Павлов. "Это особенно важно ещё и потому, что может позволить нам установить ограничения на тип вещества, из которого состоит эта нейтронная звезда."

Нейтронные звёзды представляют собой сверхплотную форму состояния вещества. Они называются нейтронными, так как считается, что они состоят в основном из нейтронов. Хотя нейтронные звёзды интенсивно изучаются более трёх десятилетий, их точная природа ещё неизвестна.

"Мы ещё не полностью уверены, что нейтронные звёзды состоят из нейтронов," — говорит Дивас Сэнвэл (Divas Sanwal, Penn State University) первый автор статьи, в которой описаны результаты работы этой группы астрономов. "Они могут состоять из субатомных частиц, называемых пионами или каонами, или даже из свободных кварков."

Один способ сужения диапазона возможностей — измерить силу гравитации на поверхности нейтронной звезды наблюдая её влияние на рентгеновские лучи, излучаемые из области, очень близкой к поверхности звезды. Согласно общей теории относительности Эйнштейна, влияние гравитационного поля звезды на фотоны приведёт к уменьшению энергии фотона (увеличению длины волны) при наблюдении удалённым наблюдателем. Измерение этого гравитационнго красного смещения позволит связать массу с радиусом звезды и проверить теории различных возможных форм сверхплотного состояния вещества.

Авторы работы считают, что наиболее вероятная гипотеза образования провалов в спектре — поглощение ионами гелия в магнитном поле, которое в сотни миллиардов раз сильнее магнитного поля Земли. В этом случае гравитационное красное смещение уменьшит энергию рентгеновских фотонов на 17 процентов.

Astronews in via PRAO