Телескоп NASA «Ферми» впервые обнаружил затмение гамма-лучей в семи «паучьих» бинарных системах – то есть таких, которые состоят из пульсара, постепенно уничтожающего свою звезду-компаньона. Эти данные помогут учёным узнать, до какой максимальной массы могут «расти» пульсары – тела, существующие на грани известных нам законов физики.
Паучьи системы образуются, когда одна из двух звёзд-соседок развивается намного быстрее другой. Впоследствии первая становится сверхновой и оставляет за собой пульсар – малую нейтронную звезду, которая, несмотря на свой небольшой размер, является сверхмощным источником гамма- и другого излучения.
Сначала этот пульсар медленно поглощает вещество второй звезды, но впоследствии начинает излучать так много энергии и частиц, что уничтожает обращенную к нему сторону компаньона.
Именно поэтому учёные прозвали такие системы в честь пауков-каннибалов. Их поделили на два вида: «чёрные вдовы» содержат звезду-компаньона с массой менее 5% солнечной, а «австралийские вдовы» – от 10% до 50%.
Однако что же заинтересовало астрономов в этом явлении? Их цель – определить верхний предел массы пульсаров. Учёные решили, что искать массивные пульсары надо среди тех, которые только что прекратили «поедать» своих соседей.
Однако для определения массы учёным необходимо знать скорость движения двух тел системы относительно друг друга. Чтобы её посчитать, обычно смотрят на изменения в радио- и видимом излучении по мере того, как тела движутся относительно нас. И именно в этом заключается сложность, ведь то, как мы воспринимаем это движение, зависит от наклона плоскости системы относительно Земли.
Наклон, в свою очередь, можно определить с помощью дальнейшего анализа видимого излучения. Однако в случае «пауков» этому мешает свет от стороны звезды-соседки, которая находится под адским излучением пульсара: такой тип взаимодействия звёзд еще мало изучен и вносит определенный шум в данные.
В отличие от видимого света, единственным источником гамма-излучения в паучьих системах является пульсар. Именно поэтому учёные искали «гамма-затмения»: такой луч исчезает из данных только тогда, когда пульсар скрывается за второй звездой. Эти наблюдения позволяют гораздо точнее других способов измерить наклон системы, а значит, и массу пульсара.
Обнаруженный в 1988 году PSR B1957+20, или просто B1957, был первым открытым пульсаром-пауком. Расчеты, основанные на наблюдениях видимого света, утверждают, что наклон его системы составляет 65 градусов, а его масса – 2,4 солнечной. Это сделало его самым тяжелым известным пульсаром с весом почти как у чёрной дыры.
Однако команда астрономов обнаружила в данных телескопа – «Ферми», работающего в гамма-диапазоне, 15 фотонов, которые не заметили предыдущие исследователи. Пульсары очень надёжны и предсказуемы, когда речь идёт о темпе их вращения, и даже 15 фотонов в течение 10 лет было достаточно, чтобы определить, когда именно произошли затмения. Оказалось, что на самом деле наклон составляет 84 градусов, а масса пульсара – 1,8 солнечных.
Сейчас учёные работают над совершенствованием своих моделей, чтобы определить, действительно ли «пауки» тяжелее остальных пульсаров.