Астрономы с помощью рентгеновской обсерватории XRISM (X-ray Imaging and Spectroscopy Mission — миссия по рентгеновской визуализации и спектроскопии) впервые напрямую увидели, как звезда-гигант отдаёт своё вещество компактному компаньону. Наблюдения проводились за системой BP Южного Креста (BP Crucis), которая находится примерно в 13 000 световых лет от Земли в южном созвездии Южный Крест. Главный компонент системы — голубой гипергигант Wray 977 массой около 40 солнечных масс, настолько крупный и массивный, что от него постоянно истекает ионизированный газ. Его партнёр — крошечная нейтронная звезда GX 301-2, пульсар, который направляет рентгеновский луч в сторону Земли с периодом 11 минут.
Постоянный поток ионизированного газа (звёздный ветер) от Wray 977 питает компактного компаньона, из-за чего GX 301-2 испускает мощные рентгеновские вспышки. Хотя рентгеновские двойные системы изучаются давно, нынешнее наблюдение стало первым случаем, когда учёные напрямую зафиксировали захват истекающего вещества гигантской звезды её компактным спутником. Такие исследования помогают лучше понять одни из самых экстремальных явлений во Вселенной.
Наблюдения выполнила группа исследователей из отдела астрофизических наук Центра космических полётов имени Годдарда NASA, Центра космической науки и технологий (CSST), Центра естественных наук Манипала (MCRS), Израильского технологического института, Военно-морской академии США, Ливерморской национальной лаборатории имени Лоуренса (LLNL) и ряда университетов. Работа с описанием результатов опубликована в журнале Science Advances.
Систему наблюдали с помощью прибора Resolve обсерватории XRISM 1 февраля 2025 года, ближе к завершению одной из сильных вспышек. За 16 часов прибор получил исключительно детальные рентгеновские спектры и быстро меняющиеся линии поглощения, в том числе сильно ионизированного железа. Эти данные ясно показали скорость и направление движения плазмы на относительно небольшом расстоянии от пульсара, что ранее напрямую не удавалось увидеть. «Было очевидно, что эти наблюдения стали прорывом, но в то же время это означало, что анализ должен быть особенно подробным. Мы смогли увидеть, как плотный поток плазмы ведёт себя совсем рядом с нейтронной звездой», — приводит слова Назмы Ислам, бывшей сотрудницы Центра Годдарда, а ныне доцента MCRS в Индии и соавтора статьи.
Результаты показали, что наблюдаемые линии поглощения сместились в сторону меньших энергий (красное смещение), то есть ионизированный газ удалялся от наблюдателя. Помимо подтверждения того, что звёздный ветер движется в сторону пульсара, красное смещение указало на скорость около 540 000 км/ч. На основе этого команда подтвердила давнее предположение о двойных системах с пульсарами. Согласно этой теории, попадая в поток ионизированного газа, пульсар сметает его в плотный турбулентный диск. Как и аккреционные диски вокруг сверхмассивных чёрных дыр, этот газ по спирали приближается к пульсару, разогревается до экстремальных температур и испускает мощные рентгеновские вспышки. Когда пульсар продвигается дальше в поток, диск разрушается, поскольку у потока больше не хватает момента импульса для его поддержания.
После исчезновения диска плазма течёт прямо на нейтронную звезду, что и совпало с наблюдениями XRISM. Когда пульсар приближается к концу потока, диск ненадолго появляется вновь, но вращается в противоположную сторону и так же исчезает, как только пульсар покидает поток. «Система BP Южного Креста — идеальная лаборатория для изучения аккреции на пульсар, питаемый звёздным ветром, а чувствительный спектрометр Resolve с высоким разрешением на XRISM — идеальный инструмент для углубления нашего понимания этих процессов», — сказал Брайан Уильямс, научный руководитель миссии в Центре Годдарда NASA.