Пізніше того самого року група Джакконі виявила ще одне джерело з пульсаціями і затемненнями — Геркулес Х-1. Ще одна рентгенівська подвійна система з нейтронною зорею!
Це були просто приголомшливі відкриття, які докорінно змінили рентгенівську астрономію і визначили напрямок досліджень на кілька наступних десятиліть. Рентгенівські подвійні зорі дуже рідкісні: можливо, лише одна зі ста мільйонів подвійних зір у нашій Галактиці є рентгенівською подвійною. А проте зараз ми знаємо, що наша Галактика налічує кілька сотень рентгенівських подвійних зір. У більшості випадків компактний об’єкт (акретор) — білий карлик або нейтронна зоря, але також відомі принаймні два десятки систем, у яких акретором є чорна діра.
Пам’ятаєте змінність густини потоку випромінювання з періодом 2,3 хвилини, які виявила моя група в 1970 році (до запуску «Ухуру»)? Тоді ми не мали жодного уявлення, що означають ці зміни. Що ж, тепер нам відомо, що GX 1+4 — це рентгенівська подвійна система з періодом обертання майже 304 дні, а акреціювальна нейтронна зоря обертається з періодом приблизно 2,3 хвилини.
Як улаштовані рентгенівські подвійні зорі
Коли нейтронна зоря утворює пару із зорею-донором потрібного розміру, розташованою на потрібній відстані, вона може влаштувати яскраве видовище. Десь далеко у Всесвіті зорі, про існування яких сер Ньютон навіть не здогадувався, виконують прекрасний танець, нерозривно переплетений із законами класичної механіки, які зрозумілі будь-якому студенту-природничнику.
Щоб було зрозуміліше, почнімо зі спорідненого прикладу. Земля й Місяць утворюють подвійну систему. Якщо з’єднати центр Землі із центром Місяця, на цій лінії буде точка, де сила притягання, спрямована до Місяця, рівна, але протилежно спрямована до сили притягання до Землі. Якби ви там опинилися, рівнодійна сил, які діють на вас, дорівнювала б нулю. З одного боку від цієї точки ви почали б падати на Землю, а з другого — на Місяць. У цієї точки є назва — внутрішня точка Лагранжа. Звісно, вона розташована ближче до Місяця, тому що його маса приблизно у 80 разів менша, ніж маса Землі.
А тепер повернімося до рентгенівських подвійних систем, до яких входить акреціювальна нейтронна зоря та значно більша зоря-донор. Якщо ці зорі розташовані дуже близько одна до одної, внутрішня точка Лагранжа може лежати нижче поверхні зорі-донора. Тоді на частину речовини зорі-донора діятиме сила притягання до нейтронної зорі, яка перевищує силу тяжіння самої зорі, спрямовану до її центра. У результаті речовина — розжарений газ — перетікатиме із зорі-донора на нейтронну зорю.
Оскільки зорі обертаються навколо спільного центра мас, речовина не може падати прямо на нейтронну зорю. Перш ніж досягти поверхні, розжарений газ потрапляє на орбіту навколо нейтронної зорі, утворюючи диск, що обертається. Його називають акреційним диском. Частині газу із внутрішніх шарів диска зрештою вдається впасти на поверхню нейтронної зорі.
Далі до гри долучається цікаве фізичне явище, з яким ви вже ознайомилися в іншому контексті. Оскільки газ дуже гарячий, він іонізований, тобто складається з позитивно заряджених протонів і негативно заряджених електронів. А нейтронні зорі мають дуже потужне магнітне поле, тому заряджені частинки рухаються вздовж його магнітних ліній, і більшість плазми врешті-решт потрапляє на магнітні полюси зорі, як полярне сяйво на Землі. Поверхня нейтронної зорі біля магнітних полюсів (де в неї врізається речовина) розжарюється до мільйонів кельвінів та випромінює рентгенівські промені. А через те що магнітні полюси зазвичай не збігаються із полюсами осі обертання (див. розділ 12), ми спостерігаємо рентгенівський потік на Землі, тільки коли розжарена пляма повернута в наш бік. Нейтронна зоря обертається, тому з’являється ефект пульсації.
У будь-якій рентгенівській подвійній системі навколо компактного об’єкта — нейтронної зорі, білого карлика або, як у випадку з Лебідь Х-1, чорної діри — обертається акреційний диск. Акреційні диски — одні з найдивовижніших утворень у Всесвіті, але майже ніхто, крім астрономів-професіоналів, про них ніколи не чув.
Акреційні диски було виявлено навколо всіх рентгенівських подвійних систем із чорної дірою. Їх мають навіть надмасивні чорні діри в центрі багатьох галактик, хоча, судячи з усього, це, мабуть, не стосується чорної діри в центрі нашої Галактики.
Дослідження акреційних дисків стало окремою галуззю сучасної астрофізики. Ви можете побачити їхні дивовижні зображення, ввівши в пошуковик гугла словосполучення «X-ray binaries». Ми ще багато чого не знаємо про акреційні диски. Найбільше нас бентежить те, що ми досі не цілком розуміємо, як речовина з акреційного диска потрапляє на компактний об’єкт. Крім того, до кінця не з’ясовано природу непостійності в акреційних дисках, яка викликає змінність потоку речовини на компактний об’єкт і змінність світності рентгенівського випромінювання. Також дуже мало відомо про радіострумені, наявні в кількох рентгенівських подвійних системах.