Рентгеновские пульсары представляют собой сильно намагниченные нейтронные звезды, работающие за счет аккреции газа от соседней звезды-компаньона, и являются одними из наиболее заметных источников в рентгеновском небе. Новый взгляд на эти объекты теперь дает недавно запущенная космическая обсерватория International X-ray Polarimeter Explorer (IXPE), которая начала работу в конце 2021 года. IXPE измеряет поляризацию рентгеновских лучей и использовалась для измерения поляризации X -лучевого пульсара впервые, что позволило ограничить его базовую геометрию.

«Hercules X-1 был первым рентгеновским пульсаром, наблюдаемым IXPE, и обнаруженная нами очень низкая поляризация стала большим сюрпризом, и мы до сих пор этого не до конца понимаем», — говорит Виктор Дорошенко из Университета Тюбингена в Германии, ведущий автор статьи в журнале Nature Astronomy.

Средняя степень поляризации около 9%, измеренная IXPE с очень высокой точностью, оказалась намного ниже оптимистически ожидаемых некоторыми теоретиками 80%.

«Такое большое несоответствие означает, что существующие модели переноса излучения в сильно намагниченной плазме, заключенной на полюсах нейтронной звезды, и наши представления о геометрии и структуре эмиссионной области Геркулеса Х-1 и, возможно, других пульсаров, должны быть существенно пересмотрены в свете результатов IXPE», — добавляет Юри Поутанен из Университета Турку в Финляндии, руководитель рабочей группы IXPE, изучающей аккрецирующие нейтронные звезды.

Глядя на изменения угла поляризации в зависимости от фазы вращения, можно было измерить угол между осями вращения и магнитного диполя — элемент информации, необходимый для любого моделирования излучения таких объектов. Совместное моделирование новых рентгеновских поляриметрических наблюдений и более старых оптических поляриметрических измерений, полученных на Nordic Optical Telescope, позволило также однозначно показать, что ось вращения пульсара не совпадает с орбитальным угловым моментом, что является убедительным признаком прецессии нейтронной звезды как вертушка.

Свободная прецессия нейтронной звезды ранее использовалась для объяснения наблюдаемых полурегулярных вариаций потока пульсаров и формы профиля импульса с периодом ~35 дней и имеет некоторые важные последствия для нашего понимания внутренней структуры нейтронных звезд, но до сих пор только имеются косвенные доказательства этой гипотезы. Ожидается, что окончательное доказательство будет получено позже, когда IXPE обнаружит Hercules X-1 в другой фазе цикла прецессии.

«IXPE только начинает исследовать новое наблюдательное окно, рентгеновскую поляриметрию, и мы продолжаем наблюдения за объектами всех видов, так что следите за новыми удивительными открытиями», — говорит Сергей Цыганков из Университета Турку, один из ведущих авторы публикации.

IXPE был запущен на ракете Falcon 9 с мыса Канаверал в декабре 2021 года и сейчас находится на высоте 600 километров над поверхностью Земли. Миссия является результатом сотрудничества НАСА и Итальянского космического агентства с партнерами и научными сотрудниками в 13 странах, включая Финляндию.