Нові розрахунки фізиків наблизили людство до розуміння того, як речовина, падаючи на нейтронні зірки, спричиняє потужні рентгенівські спалахи. Якщо до мертвої зірки притягується достатня кількість плазми, то вона може пробивати потужне магнітне поле зірки і потрапляти в її атмосферу. Це частина давньої нерозгаданої таємниці акреції нейтронних зірок і рентгенівських спалахів на них.
"Дослідження почалося з абстрактних запитань, - розповідає фізик плазми Рассел Кулсруд із Принстонської лабораторії фізики плазми. - Як може речовина зірки-компаньйона прорватися крізь потужне магнітне поле нейтронної зірки та спричинити рентгенівське випромінювання, і що спричиняє спостережувані зміни в цих полях?".
Нейтронні зірки - одні з найщільніших об'єктів у Всесвіті. Щільніші тільки чорні діри. Це останки зірок, маса яких за життя становила 8-30 сонячних мас. Зовнішня оболонка зірки розлітається внаслідок вибуху наднової, а ядро зірки гравітаційно колапсує, утворюючи компактну надщільну сферу. Через мільйони років це ядро перестає навіть світитися.
Магнітні поля нейтронних зірок у трильйони разів сильніші, ніж у Землі. Іноді поруч із нейтронними зірками є зірка-компаньйон, яка "годує" мертву сестру своїм матеріалом.
При цьому матеріал утворює диск навколо нейтронної зірки, який набирає енергію в міру прискорення обертання під впливом гравітації мертвої зірки. Ця енергія вивільняється у вигляді рентгенівського випромінювання на полюсах зірки. І фізикам було незрозуміло, як плазма може проходити через настільки потужне магнітне поле.
На щастя, у Кульсруда був вільний час для розрахунків: "Коли почалася пандемія, і всі сиділи по домівках, я вирішив розглянути цю загадку нейтронної зірки", - каже він.
Разом із колегою астрофізиком Рашидом Сюняєвим з Інституту астрофізики Макса Планка в Німеччині вони провели математичне моделювання, щоб з'ясувати, чи прикріплюється плазма до магнітного поля, тягнучи його за собою, чи їй вдається прослизнути всередину, не порушивши магнітного поля.
Друга версія виявилася правильною. Якщо маса падаючої плазми досить висока, вона чинить гравітаційний тиск на магнітне поле. Це викликає каскад коливань сили магнітного поля, що призводить до нестабільності, що і дозволяє плазмі прослизати всередину.
Коли плазма опиняється по той бік, вона прямує вздовж силових ліній магнітного поля нейтронної зірки до полюсів, де акреціюється. Плазма, що накопичується на полюсах, стає занадто важкою і не може залишатися на поверхні, занурюючись у нейтронну зірку. Внутрішній тиск на полюсах з часом змушує плазму розтікатися по всій поверхні нейтронної зірки, і тоді вивільняється енергія у вигляді рентгенівського випромінювання.
"Додаткова маса на поверхні нейтронної зірки може спотворити зовнішню область магнітного поля зірки, - каже Кульсруд. - Якщо ви спостерігаєте за зіркою, ви повинні помітити, що випромінювання, що випускається її магнітним полем, буде поступово змінюватися".
Протягом кількох десятків тисяч років нейтронна зірка буде поступово збільшувати свою масу, а також радіус - приблизно на 1 міліметр на рік. Зрештою буде досягнуто стійкого стану її магнітного поля.
