Астрономы десятилетиями пытались понять, как нейтронные звёзды в тесных двойных системах перехватывают газ, который выбрасывают массивные соседи. Теперь XRISM впервые получил прямые спектроскопические признаки такого падения вещества: плазма звёздного ветра устремляется к пульсару GX 301-2 со скоростью около 540 000 км/ч. Опубликованное в Science Advances исследование позволяет проверить механизм ветровой аккреции, который прежде приходилось восстанавливать в основном по косвенным признакам.
GX 301-2 находится примерно в 13 000 световых лет от Земли и входит в двойную систему BP Crucis. Рядом с нейтронной звездой расположен голубой гипергигант Wray 977 массой примерно в 40 Солнц и размером примерно в 60 раз больше Солнца. Мощное излучение массивной звезды постоянно уносит с поверхности ионизированный газ, формируя звёздный ветер.
Сам GX 301-2 представляет собой остаток звезды, пережившей взрыв сверхновой. Более солнечной массы вещества сжато в шар диаметром около 20 км. Нейтронная звезда совершает оборот примерно за 11 минут, а направленный рентгеновский луч при вращении регулярно проходит через Землю, поэтому астрономы наблюдают GX 301-2 как пульсар.
Пульсар облетает Wray 977 за 41,5 дня по вытянутой орбите. Во время каждого оборота рентгеновская яркость системы дважды резко возрастает, причём самая мощная вспышка возникает возле точки максимального сближения со звездой. Астрономы связывают вспышки с особенно плотным потоком плазмы в звёздном ветре, через который проходит нейтронная звезда и захватывает часть вещества своей гравитацией.
XRISM наблюдал систему 1 февраля 2025 года около 16 часов и застал завершение одной из сильных вспышек. Спектрометр Resolve обнаружил линии сильно ионизированного железа, которые быстро менялись в течение наблюдения. В начале линии проявлялись преимущественно в поглощении, а к концу перешли в излучение.
Особенно важным оказался сдвиг линий железа в сторону меньших энергий по сравнению с лабораторными значениями. Такой красный сдвиг показывает движение плазмы вдоль луча зрения. С учётом расположения объектов в системе спектр указывает на газ, падающий в сторону GX 301-2. По величине смещения исследователи рассчитали скорость примерно 540 000 км/ч.
Руководитель работы Рои Рахин из Университета Мэриленда в округе Балтимор и Центра космических полётов имени Годдарда отметил, что прежде астрономы не видели столь ясных признаков падения плазмы звёздного ветра на компактный объект. Высокое спектральное разрешение Resolve позволило не просто обнаружить горячий газ возле пульсара, а определить направление и скорость движения вещества.
Полученные данные также помогают объяснить необычное поведение GX 301-2 во время вспышки. Исследователи предполагают, что при входе пульсара в плотный поток захваченный газ сначала образует вокруг нейтронной звезды толстый и турбулентный аккреционный диск. Вещество движется по спирали внутрь, нагревается и становится источником мощного рентгеновского излучения.
По мере продвижения GX 301-2 глубже в поток условия меняются. Газу перестаёт хватать углового момента для поддержания диска, структура распадается, после чего плазма начинает двигаться к нейтронной звезде почти напрямую. Именно позднюю часть подобной фазы, согласно интерпретации авторов, застал XRISM. Ближе к выходу пульсара из плотного потока диск может ненадолго возникнуть снова и вращаться уже в противоположную сторону. Весь проход через поток занимает около четырёх дней.
Аккреционный диск XRISM напрямую не фотографировал: последовательность его появления и разрушения исследователи восстановили по изменениям спектральных линий и рентгеновского излучения. Главный результат работы касается самого движения вещества. Впервые спектр позволил непосредственно связать газ звёздного ветра с потоком, направленным к нейтронной звезде.
Наблюдение важно не только для GX 301-2. Ветровая аккреция играет ключевую роль во многих рентгеновских двойных системах, где нейтронная звезда или чёрная дыра получает вещество от массивного спутника. До появления приборов с достаточным спектральным разрешением астрономам приходилось судить о движении газа по изменениям яркости, поглощению и другим косвенным эффектам. XRISM показал, что скорость и направление такого потока можно измерять непосредственно по отдельным линиям элементов, а значит, теоретические модели аккреции теперь можно проверять значительно точнее.
