Великолепная семерка (нейтронные звезды)

Великолепная семерка — неофициальное название группы изолированных молодых остывающих нейтронных звезд, находящихся на расстоянии от 120 до 500 парсеков от Земли. Эти объекты также известны под названиями XDINS (рентгеновские тусклые изолированные нейтронные звезды) или просто XINS .

История

Первым под эту классификацию подошел RX J1856.5-3754 , открытый Уолтером и др. в 1992 году и подтверждена как нейтронная звезда в 1996 году. Термин «Великолепная семерка» изначально применялся к источникам RX J1856.5-3754, RBS1556 , RBS1223 , RX J0806.4-4132 , RX J0720.4-3125 , RX J0420.0-5022 и MS 0317.7-6647 . Однако вскоре было показано, что MS 0317.7-6647 на самом деле не является нейтронной звездой. Затем в 2001 году был обнаружен новый объект, соответствующий этой классификации: 1RXS J214303.7+065419/RBS 1774 . С 2001 года новых хороших кандидатов не появилось. Все семь источников были обнаружены спутником ROSAT .

Характеристики

Все семь признаны относительно близкими (менее нескольких сотен парсеков) изолированными нейтронными звездами среднего возраста (несколько сотен тысяч лет), излучающими мягкое рентгеновское излучение из-за охлаждения. Охлаждение подтверждается чернотельной формой их спектров. Типичные температуры составляют около 50–100 электронвольт (57,5–115 килокельвинов (см. Электронная температура ); для сравнения, солнечная корона имеет температуру около 5 мегакельвинов). По крайней мере, шесть из семи показывают периоды вращения в диапазоне примерно от 3 до 12 секунд.

Формы кривых блеска квазисинусоидальные и однопиковые. Однако RX J1308.6+2127 демонстрирует двухпиковую кривую блеска, а у RX J0420.0-5022 есть некоторые свидетельства асимметрии профиля импульса с более медленным подъемом и более быстрым спадом. Как ни странно, спектр как RX J0720.4-3125, так и RX J1308.6+2127 становится более жестким при минимуме импульса.

Согласованное решение по синхронизации было недавно получено для RX J0720.4-3125 и RX J1308.6+2127. Периоды меняются на 7×10 ⁻¹⁴ секунд в секунду и 10 ⁻¹³ с/с соответственно. Получаемое диполярное поле составляет 2–3 × 10 ¹³ Гаусс и возраст спина вниз составляют 2 и 1,5 миллиона лет.

Долгое время Семерка считалась устойчивыми источниками, вплоть до того, что RX J0720.4-3125 был включен в число калибровочных источников для инструментов EPIC и RGS на борту орбитального рентгеновского телескопа XMM-Newton . Однако постоянный мониторинг показал, что в период 2001–2003 годов источник претерпел заметные изменения. В частности, хотя общий поток оставался более или менее постоянным, температура черного тела постоянно увеличивалась, поднявшись с примерно 86 до более 90 эВ. Это сопровождалось изменением профиля импульса с увеличением пульсовой фракции. В последнее время эта тенденция, похоже, изменилась. Начиная с 2004 года температура снизилась, и есть намеки на то, что общая эволюция может быть циклической, с периодом около 10 лет.

Великолепная семерка представляет собой большой класс молодых нейтронных звезд, многие свойства которых отличаются от обычных радиопульсаров . Существуют и другие типы молодых изолированных нейтронных звезд, которые отличаются от стандартных радиопульсаров, такие как мягкие гамма-повторители , аномальные рентгеновские пульсары , вращающиеся радиопереходные процессы и центральные компактные объекты в остатках сверхновых . Некоторые из них могут быть связаны с Великолепной семеркой.

Некоторые из семи имеют очень слабые оптические аналоги. Для самой яркой из них (RX J1856-3754) тригонометрический параллакс и собственное движение . известны Расстояние до источников около 161 парсека. Аналогичные данные получены для второго по яркости объекта RX J0720.4-3125. Расстояние около 330 парсеков. Прогнозируемые скорости составляют примерно 280 километров в секунду (км/с) и 115 км/с соответственно. Эти данные позволяют астрономам реконструировать траекторию звезд и таким образом определить место их рождения. Оценки расстояния до других источников можно найти у Posselt et al. (2007)

Исследования демографического синтеза показывают, что Великолепная семерка связана с поясом Гулда — местной группой звезд возрастом около 30–50 миллионов лет, образованной массивными звездами. Реконструкция траекторий нейтронных звезд подтвердила этот вывод. В окрестностях Солнца число нейтронных звезд превосходит по численности радиопульсары того же возраста. Это означает, что подобные Великолепной семерке объекты могут быть одной из наиболее типичных молодых нейтронных звезд с галактической частотой рождения, большей, чем у обычных радиопульсаров .

Наблюдения XMM-Newton позволили обнаружить широкие особенности поглощения в спектрах некоторых из Великолепной семерки. Хотя их происхождение пока неясно (см. Haberl (2006) для ссылок и более подробного описания результатов), почти наверняка сильное магнитное поле звезд играет фундаментальную роль в их формировании. Характеристики поглощения могут затем обеспечить мощную диагностику силы поверхностного поля. В настоящее время предложено два основных объяснения их происхождения: либо протонно-циклотронные резонансы, либо атомные переходы в легких элементах. Для двух источников, в которых доступна мера уменьшения спина, значения B, полученные при уменьшении спина в предположении магнитодиполярного торможения, находятся в разумном согласии со значениями, полученными на основе энергии линии. Как только природа линий будет выяснена и станут доступны независимые измерения магнитного поля (например, посредством замедления вращения), станет возможным измерение гравитационного красного смещения, что откроет путь к одновременному определению как массы звезды, так и массы звезды. и радиус.

Физические характеристики

Источник, RX J	Прямое восхождение	Склонение	Периоды вращения, с	Амплитуда/2	Температура, эВ	Поглощение энергия линии, эВ	Возраст (миллионов лет)
1856.5−3754	18 час 56 м 35.11 с	−37° 54′ 30.5″	7.06	1.5%	60–62	нет	3.76
0720.4−3125	07 час 20 м 24.96 с	−31° 25′ 50.2″	8.39	11%	85–87	270	1.90
1605.3+3249 (RBS 1556)	16 час 05 м 18.52 с	+32° 49′ 18.1″	???	–	93–96	450	?
1308.6+2127 (RBS 1223)	13 час 08 м 48.27 с	+21° 27′ 06.8″	10.31	18%	102	300	1.46
2143.0+0654 (RBS 1774)	21 час 43 м 03.30 с	+06° 54′ 17.0″	9.44	4%	102–104	700	3.65
0806.4−4123	08 час 06 м 23.40 с	−41° 22′ 30.9″	11.37	6%	92	460	3.24
0420.0–5022	04 час 20 м 01.95 с	−50° 22′ 48.1″	3.45	13%	45	330	1.98

Данные для таблицы частично взяты из Kaplan (2008), частично из обзора Р. Туроллы (2009), и частично из других источников. Оценки температуры незначительно различаются в разных публикациях. Источник RX J0720.4-3125 является переменным по температуре и импульсной фракции.

Исследовать

Семь объектов кажутся лучшей лабораторией для изучения атмосферы нейтронных звезд и, возможно, внутренней структуры. Святым Граалем астрофизики нейтронных звезд является определение уравнения состояния (УСО) материи при сверхядерных плотностях. Самый прямой способ ограничить EOS — одновременно измерить массу и радиус нейтронной звезды. Если нейтронная звезда испускает излучение абсолютно черного тела со своей поверхности радиусом $R$ при однородной температуре $T$, принятый поток на расстоянии $D$ является:

$F=\sigma T^{4}\left({\tfrac {R}{D}}\right)^{2}$

Итак, если расстояние $D$ известно и $T$ можно определить с помощью спектрального анализа, предыдущее соотношение сразу дает радиус звезды. Реальность несколько сложнее, но этот упрощенный анализ отражает суть того, что необходимо для измерения радиуса нейтронной звезды: расстояние, поток и температуру поверхности. Поэтому наблюдение теплового излучения звезды имеет решающее значение. Среди всех теплоизлучающих нейтронов звезд Великолепная семерка — единственные со спектром чисто черного тела. Их чистое тепловое излучение, не испорченное загрязнением магнитосферной активности, окружающей туманностью или остатком сверхновой , делает эти источники идеальными целями для такого исследования.

Несмотря на многочисленные попытки, радиоизлучение этих источников обнаружено не было. Предварительные результаты последнего глубокого поиска с помощью телескопа GBT представлены Кондратьевым и др. Есть утверждения, что какой-то сигнал был обнаружен на очень низких частотах, но эти результаты не очень надежны и требуют подтверждения.

См. также

• Череп (источник рентгеновского излучения)

Ссылки

Источники

• Хаберл, Франк (2007). «Великолепная семерка: Магнитные поля и распределение температуры на поверхности». Астрофизика и космическая наука . 308 (1–4): 181–190. arXiv : astro-ph/0609066 . Бибкод : 2007Ap&SS.308..181H . дои : 10.1007/s10509-007-9342-x . S2CID   15013359 .
• Холе, ММ; и др. (2009). «Спектральные и временные вариации изолированной нейтронной звезды RX J0720.4-3125: новые наблюдения XMM-Newton». Астрономия и астрофизика . 498 (3): 811. arXiv : 0810.5319 . Бибкод : 2009A&A...498..811H . дои : 10.1051/0004-6361/200810812 . S2CID   1808233 .
• Каплан, Д.Л.; ван Керквейк, Миннесота; Андерсон, Дж. (2002). «Возвращение к параллаксу и правильному движению RX J1856.5-3754». Астрофизический журнал . 571 (1): 447. arXiv : astro-ph/0111174 . Бибкод : 2002ApJ...571..447K . дои : 10.1086/339879 . S2CID   10718657 .
• Каплан, Д.Л.; ван Керквейк, MH (2005a). «Когерентное решение по времени для близлежащей изолированной нейтронной звезды RX J0720.4-3125». Астрофизический журнал . 628 (1): L45. arXiv : astro-ph/0506419 . Бибкод : 2005ApJ...628L..45K . дои : 10.1086/432536 . S2CID   16973889 .
• Каплан, Д.Л.; ван Керквейк, MH (2005b). «Когерентное решение по времени для близлежащей изолированной нейтронной звезды RX J1308.6+2127/RBS 1223». Астрофизический журнал . 635 (1): Л65. arXiv : astro-ph/0511084 . Бибкод : 2005ApJ...635L..65K . дои : 10.1086/499241 . S2CID   14439352 .
• Каплан, Дэвид Л.; и др. (2008). «Ближайшие нейтронные звезды с термическим излучением». Астрофизика компактных объектов . 968 : 129–136. arXiv : 0801.1143 . Бибкод : 2008AIPC..968..129K . дои : 10.1063/1.2840384 .
• Кондратьев В.И.; и др. (2008). «Поиск импульсного и всплеска радиоизлучения рентгеновских тусклых изолированных нейтронных звезд». 40 лет пульсарам: миллисекундные пульсары . Серия конференций AIP. Том. 983. стр. 348–350. arXiv : 0710.1648 . Бибкод : 2008AIPC..983..348K . дои : 10.1063/1.2900180 . S2CID   15026449 .
• Малофеев В.М.; Малов О.И.; Теплых Д.А. (2007). «Радиоизлучение от AXP и XDINS». Астрофизика и космическая наука . 308 (1–4): 211–216. Бибкод : 2007Ap&SS.308..211M . дои : 10.1007/s10509-007-9341-y . S2CID   120490290 .
• Попов, С.Б.; и др. (2003). «Молодые изолированные нейтронные звезды из пояса Гулда». Астрономия и астрофизика . 406 : 111–117. arXiv : astro-ph/0304141 . Бибкод : 2003A&A...406..111P . дои : 10.1051/0004-6361:20030680 . S2CID   16094637 .
• Попов, С.Б. (2006). «Зоопарк нейтронных звезд». arXiv : astro-ph/0610593 .
• Посселт, Б.; и др. (2007). «Великолепная семерка в пыльной прерии». Астрофизика и космическая наука . 308 (1–4): 171–179. arXiv : astro-ph/0609275 . Бибкод : 2007Ap&SS.308..171P . дои : 10.1007/s10509-007-9344-8 . S2CID   16718273 .
• Потехин Александр Юрьевич; Де Лука, Андреа; Понс, Хосе (2015). «Нейтронные звезды — тепловые излучатели». Обзоры космической науки . 191 (1–4): 171–206. arXiv : 1409.7666 . Бибкод : 2015ССРв..191..171П . дои : 10.1007/s11214-014-0102-2 . S2CID   53365097 .
• Тревес, А.; и др. (2001). «Великолепная семерка: близкие остывающие нейтронные звезды?». Рентгеновская астрономия 2000 . 234 : 225. arXiv : astro-ph/0011564 . Бибкод : 2001ASPC..234..225T .
• Туролла, Роберто (2009). «Изолированные нейтронные звезды: проблема простоты». Нейтронные звезды и пульсары . Библиотека астрофизики и космических наук. Том. 357. стр. 141–163. Бибкод : 2009ASSL..357..141T . дои : 10.1007/978-3-540-76965-1_7 . ISBN  978-3-540-76964-4 .
• Уолтер, Фредерик М.; Волк, Скотт Дж.; Нойхойзер, Ральф (1996). «Открытие близлежащей изолированной нейтронной звезды». Природа . 379 (6562): 233–235. Бибкод : 1996Natur.379..233W . дои : 10.1038/379233a0 . S2CID   4313699 .
• Зампиери, Л.; и др. (2001). «1RXS J214303.7+065419/RBS 1774: новый кандидат на изолированную нейтронную звезду». Астрономия и астрофизика . 378 : L5–L9. arXiv : astro-ph/0108456 . Бибкод : 2001A&A...378L...5Z . дои : 10.1051/0004-6361:20011151 . S2CID   16572677 .

Дальнейшее чтение

• «Физики, возможно, обнаружили темную материю: рентгеновские лучи, окружающие «Великолепную семерку», могут быть следами теоретических частиц» . СайТехДейли . 15 января 2021 г. Проверено 27 января 2021 г.