Телескоп NASA «Фермі» вперше виявив затьмарення гамма-променів у семи «павукових» бінарних системах, тобто таких, які складаються з пульсара, що поступово знищує свою зірку-компаньйона. Ці дані допоможуть вченим дізнатися, до якої максимальної маси можуть «рости» пульсари – тіла, що існують на межі відомих нам законів фізики.

Павукові системи утворюються, коли одна з двох зірок-сусідок розвивається набагато швидше за іншу. Згодом перша стає надновою та залишає за собою пульсар – малу нейтронну зорю, що попри свій невеликий розмір, є надпотужним джерелом гамма- та іншого випромінювання. 

Спочатку цей пульсар повільно поглинає речовину другої зірки, але згодом починає випромінювати так багато енергії та частинок, що знищує звернену до нього сторону компаньйона.

Саме за це вчені прозвали такі системи на честь павуків-канібалів. Їх поділили на два види: «чорні вдови» містять зірку-компаньйона з масою, меншою за 5% сонячної, а «австралійські вдови» – від 10% до 50%.

Проте що саме зацікавило астрономів у цьому явищі? Їхня давня мета – визначити верхню межу маси пульсарів. Отже, вчені вирішили, що шукати масивні пульсари треба там, де вони щойно припинили «живитися» своїми сусідами.

Однак для визначення маси вченим необхідно знати швидкість руху двох тіл системи відносно одне одного. Щоб її порахувати, зазвичай дивляться на зміни у радіо- та видимому випромінюванні з тим, як тіла рухаються від та до нас. І саме у цьому полягає складність, адже те, як ми сприймаємо цей рух, залежить від нахилу площини системи відносно Землі.

Нахил, своєю чергою, можна визначити за допомогою подальшого аналізу видимого випромінювання. Однак у випадку «павуків» цьому заважає світло від того боку зірки-сусідки, що знаходиться під пекельним випромінюванням пульсара: такий тип взаємодії зірок ще мало вивчений і вносить певний шум в дані.

На відміну від видимого світла, єдиним джерелом гамма-випромінювання у павукових системах є пульсар. Саме тому вчені шукали «гамма-затемнення»: такий промінь зникає з даних лише тоді, коли пульсар ховається за другою зіркою. Ці спостереження дозволяють набагато точніше за інші способи виміряти нахил системи, а значить, і масу пульсара.

Виявлений у 1988 році PSR B1957+20, або просто B1957, був першим відкритим пульсаром-павуком. Розрахунки, засновані на спостереженнях видимого світла, стверджують, що нахил його системи складав 65 градусів, а його маса – 2,4 сонячної. Це зробило його найтяжчим відомим пульсаром з вагою майже чорної діри.

Проте команда астрономів виявила в даних телескопа «Фермі», що працює у гамма-діапазоні, 15 фотонів, які не помітили попередні дослідники. Пульсари є дуже надійними та передбачуваними, коли йдеться про темп обертання, і навіть 15 фотонів протягом 10 років було достатньо, щоб визначити, коли саме відбулися затемнення. Так виявилося, що насправді нахил становить 84 градусів, а маса пульсара – 1,8 сонячних.

Наразі вчені працюють над вдосконаленням своїх моделей, щоб визначити, чи справді «павуки» важчі за решту пульсарів.

Джерело