Aptuveni 13 000 gaismas gadu no Zemes atrodas neparasta dubultzvaigžņu sistēma BP Crucis. Tajā ietilpst zilā hipergigante Wray 977, kas ir aptuveni 60 reižu lielāka par Sauli, un neitronu zvaigzne GX 301-2 — īpaši blīvs zvaigznes atlikums, kas izveidojies pēc supernovas sprādziena.

GX 301-2 ir pulsārs — neitronu zvaigzne ar ārkārtīgi spēcīgu magnētisko lauku, kas strauji griežas un regulāri izstaro svārstīgu elektromagnētiskā starojuma, tostarp rentgenstaru, kūli. Kad šis kūlis ir vērsts pret Zemi, teleskopi uztver uzliesmojumu. GX 301-2 gadījumā tas notiek aptuveni reizi 11 minūtēs.

Tomēr šis kosmiskais “zombijs” atšķirībā no vairuma citu zināmo pulsāru piedzīvo arī biežus rentgenstaru uzliesmojumus, kas nav saistīti ar regulāro starojuma kūli un liek zvaigznei atkārtoti kļūt daudz spožākai. Līdz šim pētniekiem nebija skaidrs, kas šos uzliesmojumus izraisa.

Pirmoreiz novērota plazmas mijiedarbība ar neitronu zvaigzni

Pētījumā, kas 18. septembrī publicēts žurnālā Science Advances, pētnieki izmantoja rentgenstaru attēlveidošanas un spektroskopijas misijas XRISM kosmisko teleskopu. To kopīgi pārvalda NASA un Japānas Aviācijas un kosmosa izpētes aģentūra.

Novērojumi parādīja, ka GX 301-2 uzliesmo ikreiz, kad tā šķērso Wray 977 izpūsto milzīgo zvaigžņu vēja plūsmu. Šī ir pirmā reize, kad pētnieki skaidri konstatējuši šāda veida zvaigžņu materiāla mijiedarbību ar neitronu zvaigzni vai citu līdzīgu zvaigznes atlikumu.

“Mēs iepriekš nekad nebijām redzējuši skaidras pazīmes, ka zvaigžņu vēja plazma nokļūst uz kompakta objekta. Tagad mēs varam daudz detalizētāk pārbaudīt savu izpratni par šiem procesiem,” paziņojumā sacīja pētījuma pirmais autors Rojs Rahins, Merilendas Universitātes Baltimoras apgabala un NASA Godāras kosmisko lidojumu centra pētnieks.

Visas zvaigznes, kurās aktīvi norisinās kodolsintēze, izdala starojuma un lādētu daļiņu plūsmas, ko dēvē par zvaigžņu vēju. Saule rada Saules vēju, kas pie Zemes poliem var izraisīt krāšņas auroras.

Masīvas zvaigznes, piemēram, Wray 977, rada daudz spēcīgākus zvaigžņu vējus. Zilā hipergigante izpūš vienu milzīgu, koncentrētu jonizētas gāzes jeb plazmas plūsmu ar ātrumu aptuveni 335 000 mph (540 000 km/h). Zinātnieki uzskata, ka šāda plūsmas koncentrēšanās vienā virzienā varētu būt saistīta ar blakus esošās īpaši blīvās neitronu zvaigznes gravitācijas ietekmi.

Rentgenstaru teleskops izsekoja plazmas kustībai

GX 301-2 apriņķo Wray 977 reizi 41,5 dienās. Rentgenstaru uzliesmojumi rodas, kad neitronu zvaigzne sasniedz gan tuvāko, gan tālāko punktu no savas pavadones, turklāt spēcīgākie uzliesmojumi notiek tuvākajā punktā.

Tāpēc pētnieki jau iepriekš izteica pieņēmumu, ka uzliesmojumi sākas brīdī, kad GX 301-2 iziet cauri zvaigžņu vēja plūsmai. Tomēr līdz XRISM novērojumiem viņiem trūka pierādījumu, kas šo saistību apstiprinātu.

XRISM ieguva detalizētus GX 301-2 un Wray 977 plazmas plūsmas spektrus, ļaujot pētniekiem precīzi modelēt zvaigžņu vēja materiāla mijiedarbību ar neitronu zvaigzni. 16 stundu novērojumu laikā, kas sakrita ar vienu no uzliesmojumiem, teleskops reģistrēja ļoti detalizētus rentgenstaru spektrus.

Tajos bija redzamas “strauji mainīgas emisijas un absorbcijas līnijas”, kas parādīja, kā plazmas plūsma ap GX 301-2 piebremzējas un mainās. “Mēs varējām redzēt, kā blīvā plazmas plūsma darbojas ļoti tuvu neitronu zvaigznei. Bija skaidrs, ka šie novērojumi ir revolucionāri, taču vienlaikus tas nozīmēja, ka analīzei jābūt īpaši detalizētai,” paziņojumā sacīja pētījuma līdzautore, astronome Nazma Islama no Manipalās Dabaszinātņu centra Indijā, iepriekšējā UMBC un NASA Godāras pētniece.

Izmantojot iegūtos datus, pētnieki varēja simulēt, kā plazma nokļūst uz garām ejošās neitronu zvaigznes un kā ap to virpuļo. Kad uz zvaigznes virsmas uzkrājas pietiekami daudz zvaigžņu materiāla, notiek sprādzienveidīgs uzliesmojums, kura spožie rentgenstari ir uztverami arī uz Zemes.

Pētnieku komanda plāno ar XRISM palīdzību pētīt arī turpmākus uzliesmojumus, lai labāk izprastu GX 301-2 un Wray 977 zvaigžņu vēja plūsmas mijiedarbību.

“BP Crucis sistēma ir ideāla laboratorija, lai pētītu ar zvaigžņu vēju barotu pulsāra akrēciju,” paziņojumā sacīja NASA Godāras XRISM projekta zinātnieks Braiens Viljamss. Viņš piebilda, ka XRISM ir “ideāls instruments, lai padziļinātu mūsu izpratni par šajos procesos iesaistītajām parādībām”.