Среди звезд можно найти каннибалов. Впрочем, не стоит опасаться за моральный облик звезд в целом. Обычные звезды главной последовательности не замечены за такими преступлениями, они свойственны только одному редкому типу пульсаров, умерших светил, вращающихся с огромной скоростью и составляющих двойную систему, в которой они также некогда были нормальными звездами без склонности к взаимному уничтожению. По аналогии с австралийскими пауками, пульсары таких двойных систем называют черной вдовой и красноспинным пауком.

«Главной отличительной особенностью черных вдов и красноспинных является наличие около них звезды главной последовательности, имеющей очень низкую массу. Эта звезда должна также быть расположено очень близко к пульсару, период обращения которого исчисляется миллисекундами», – говорит Роджер Романи, сотрудник Института космологии и астрофизики частиц Общества Кавли, основанной на базе Стенфорда и Национальной ускорительной лаборатории SLAC. При этом пульсары-каннибалы различают по свойствам их звезд-компаньонов. У черных вдов они меньше и легче, чем у красноспинных.

До сих пор в Млечном пути было открыто 18 черных вдов и 9 красноспинных, еще по одному представителю обоих семейств было найдено в плотном шаровом звездном скоплении – спутнике нашей галактики. Один из таких пульсаров, PSR J1311-3430, открытый в 2012 году, поставил рекорд по самой тесной орбите двойной системы среди своего класса, а также включает одну из самых тяжелых известных нейтронных звезд. Орбитальный период системы составляет 93 минуты. При этом вторая звезда настолько мала и легка, что можно говорить о том, что она обращается вокруг нейтронной звезды, нежели упоминать о вращении вокруг общего центра масс. Масса нейтронной звезды составляет 2.7 солнечных (последние оценки уменьшают ее до 2 солнечных, что все равно очень много для нейтронной звезды), тогда как масса ее компаньона всего в дюжину раз превышает массу Юпитера, но при этом она вполовину меньшего газового гиганта.

При взрыве массивной звезды сверхновой на месте светила остается нейтронная звезда, в которой почти вся масса бывшей полноценной звезды оказывается сосредоточенной в шаре размером в десятки километров. С этим связана огромная скорость вращения молодой нейтронной звезды, называемой пульсаром: при уменьшении размера светила уменьшается его момент инерции относительно оси вращения, и во столько же раз увеличивается угловая скорость. Со временем скорость вращения падает, однако сразу после рождения пульсара он обращается вокруг своей оси десятки раз за секунду. Самые быстрые пульсары – миллисекундные – имеют период обращения меньше одной тысячной секунды. При вращении они излучают почти во всех областях спектра, но визитной карточкой пульсаров является радиоизлучение. Пульсары также создают мощный солнечный ветер из заряженных частиц. Эти процессы вызываются быстрым вращением магнитного поля пульсара вместе с ним.

Миллисекундные пульсары были открыты около тридцати лет назад. Сейчас известно около 300 представителей этого класса. При этом половина из них находится в двойных системах, тогда как менее быстрые пульсары в основном являются одиночками. Однако наличие партнера по двойной системе не оказывает влияния на скорость пульсара при рождении. Значит, компаньон помогает пульсару поддерживать или вернуть утраченную высокую скорость вращения. Откуда тогда берутся одинокие миллисекундные пульсары?

Причиной наблюдения этих пульсаров являются обсуждаемые здесь классы. Высокоэнергетическое излучение и солнечный ветер пульсара эффективно сдувают с обычной звезды ее атмосферу. В течение миллионов или миллиардов лет пульсар ее постепенно поглощает. Эта подпитка, со временем кончающаяся, может являться причиной обнаружения одиноких, но быстро вращающихся пульсаров.

Почти все пульсары-каннибалы Млечного пути были открыты орбитальным телескопом Ферми, либо напрямую в его данных гамма-диапазона, либо при изучении найденных им потенциальных пульсаров с помощью радиотелескопов. И в том, и в другом диапазоне излучение пульсара проще всего изучать, если он относится к одному из семейства каннибалов. Звезда, обращающаяся очень близко к пульсару, поглощает часть его излучения, а часть из этого поглощенного излучения затем переиспускается. Если известны свойства звезды, то пульсар, фактически, оказывается видимым напрямую и в зеркале.

Так, при изучении источника PSR J1311-3430 в оптическом диапазоне был обнаружен его компаньон – небольшая звезда, которая меняет свой цвет с синего на красный каждые полтора часа. Эти цвета соответствуют горячему и холодному светилу, так что звезда оказывается частично нагретой мощным излучением пульсара, активно испускающего фотоны и заряженные высокоэнергетические частицы. Обращенная к пульсару сторона (звезда около столь массивного объекта на очень низкой орбите скорее всего оказывается захваченной приливными силами) нагревается до 12000 градусов Цельсия, тогда как темная сторона имеет температуру 2700 градусов, что вдвое меньше, чем на поверхности Солнца. Изучение яркости звезды позволило получить сведения как о ней самой, так и о пульсаре. Принято считать, что массивный пульсар нагревает обращенную к нему сторону небольшой звезды равномерно. Однако на компаньоне PSR J1311-3430 наблюдаются взрывы с освещенной стороны, так что она нагревается неравномерно. Это значит, что масса пульсара превышает солнечную примерно в два раза, а масса компаньона составляет 12-17 юпитерианских. Стоит отметить, что пульсар PSR J1311-3430 был найден исключительно за счет наблюдений в гамма-диапазоне, его радиоизлучение пока обнаружить не удалось. Определенное по моментам приема гамма-лучей число обращений в секунду – 390.