Объект, который ученые приняли изначально за черную дыру, на самом деле оказался самым ярким и странным пульсаром из всех, что мы когда-либо находили. «Этот компактный остаток небольшой звезды — настоящая электростанция», — прокомментировала находку Фиона Харрисон, профессор физики в Калифорнийском технологическом институте и главный исследователь телескопа NuSTAR.

«Мы никогда не видели ничего подобного. Мы думали, что объект с такой энергией просто обязан быть черной дырой».

«Пульсар с такой энергией получает первый приз за странность», — говорит Дом Уолтон, ученый, работающий с данными NuSTAR.

Обычно пульсары обладают массой от одной до двух солнечных. Новый пульсар предположительно попадает в ту же категорию, но светит примерно в 100 раз ярче, чем предполагает теория.

«Мы никогда не видели пульсара, который хотя бы близко был таким же ярким, — говорит Уолтон. — Честно говоря, мы не знаем, как это произошло, и теоретики будут жевать эту резинку очень долгое время».

Помимо своей странности, находка поможет ученым понять класс очень ярких рентгеновских источников, которые называются «ультраяркими рентгеновскими источниками» (ULX).

Обнаружение NuSTAR первого ультраяркого пульсара было в подробностях описано в последнем номере Nature.

Большой сюрприз

«Это определенно было неожиданным открытием, — говорит Харрисон. — На самом деле, мы искали что-то совершенно другое, когда наткнулись на это».

В начале этого года астрономы в Лондоне зафиксировали впечатляющую вспышку сверхновой (SN2014J), которая происходит только раз в сто лет, в сравнительно близкой к нам галактике Messier 82 (M82), или галактике Сигара, в 12 миллионах световых лет от Земли. Из-за редкости этого события телескопы по всему миру и космосу уставились в точку вспышки, чтобы в подробностях изучить ее последствия.

Помимо сверхновой, M82 хранит в себе и ряд других ULX. Когда Маттео Бачетти из Университета Тулузы во Франции, ведущий автор новой работы, решил поближе рассмотреть эти ULX в данных NuSTAR, он открыл что-то странное — пульсирующий или мигающий свет в галактике.

«Это было большим сюрпризом, — говорит Харрисон. — На протяжении десятилетий все думали, что эти ультраяркие рентгеновские источники представляют собой черные дыры. Но черные дыры не умеют так пульсировать».

Зато пульсары умеют. Они как гигантские магниты, которые излучают радиацию из своих магнитных полюсов. По мере их вращения сторонний наблюдатель с рентгеновским телескопом, расположенным под прямым углом, увидит вспышки мощного света, поскольку лучи периодически будут попадать в поле зрения наблюдателя, подобно свету маяка.

Не черная и не дыра

Причина, по которой большинство астрономов предполагали, что черные дыры являются источниками ультраярких рентгеновских источников, заключается в невероятной яркости этих самых источников. Черные дыры могут быть в десять или в миллиард раз больше Солнца по массе, что делает их гравитационную тягу намного сильнее, чем у пульсара.

По мере того как вещество попадает в черную дыру, гравитационная энергия превращает его в тепло, что порождает рентгеновский свет. Чем больше черная дыра, тем больше у нее энергии, которая заставляет объект блестеть. С удивлением обнаружив вспышки, поступающие от M82, команда NuSTAR начала проверять и перепроверять данные. Вспышки действительно были там, один импульс в каждые 1,37 секунды.

Следующим шагом было выяснение того, какой источник рентгеновского излучения мог бы производить такие вспышки. Исследователи проанализировали данные NuSTAR и второго рентгеновского телескопа NASA «Чандра», чтобы исключить порядка 25 разных рентгеновских источников, и наконец остановились на ультраярком рентгеновском источнике M82X-2.

После того как были определены пульсар и его местоположение в M82, осталось еще много вопросов без ответа. Пульсар во много раз превосходит предел Эддингтона, базовое правило в физике, которое устанавливает предел светимости, которую может достичь объект с определенной массой.

«Это самое жестокое нарушение этого предела, такого мы еще не видели, — говорит Уолтон. Мы знаем, что предел может нарушаться на небольшое значение, но наша находка просто взрывает его».

NuSTAR хорошо подготовлен к открытиям вроде этого. Помимо того, что космический телескоп видит высокоэнергетические рентгеновские лучи, он еще и видит их уникальным образом. Вместо того чтобы делать снимки так, как делает камера вашего телефона — когда изображение размывается при движении — NuSTAR обнаруживает отдельные частицы рентгеновских лучей и отмечает их, когда измеряет. Это позволяет команде делать своевременный анализ и в данном конкретном случае увидеть, когда свет от ULX выходит в виде импульсов.

Теперь, когда команда NuSTAR показала, что этот ULX представляет собой пульсар, Харрисон отмечает, что многие другие ультраяркие рентгеновские источники также могут быть пульсарами.

«Все предполагали, что эти источники — черные дыры, — говорит она. — Теперь я думаю, что людям нужно вернуться к чертежной доске и подумать еще разок. Возможно, наша находка представляет собой уникальный и странный объект, а возможно, они не так уж и редки. Пока мы просто не знаем. Дальнейшие наблюдения покажут».