Раскрыта тайна высокоэнергетических космических катаклизмов

Двойная система сразу после того как белый карлик в ней (справа) взорвался в виде новой звезды. Вторым компонентом системы является красный гигант. Представление художника.

Двойная система сразу после того как белый карлик в ней (справа) взорвался в виде новой звезды. Вторым компонентом системы является красный гигант. Представление художника.
Иллюстрация Casey Reed / NASA.

Новая V906 Киля (справа, отмечена указателем) и расположенная рядом с ней туманность эта Киля.

Новая V906 Киля (справа, отмечена указателем) и расположенная рядом с ней туманность эта Киля.
Иллюстрация W. Paech и F. Hofmann, Обсерватория Оньяла, Намибия.

График изменения яркости со временем новой V906 Киля в оптическом (сверху) и гамма- диапазоне (внизу). Единицы измерения - сутки с момента вспышки.

График изменения яркости со временем новой V906 Киля в оптическом (сверху) и гамма- диапазоне (внизу). Единицы измерения - сутки с момента вспышки.
Иллюстрация Кирилл Соколовский/МГУ.

Двойная система сразу после того как белый карлик в ней (справа) взорвался в виде новой звезды. Вторым компонентом системы является красный гигант. Представление художника.
Новая V906 Киля (справа, отмечена указателем) и расположенная рядом с ней туманность эта Киля.
График изменения яркости со временем новой V906 Киля в оптическом (сверху) и гамма- диапазоне (внизу). Единицы измерения - сутки с момента вспышки.

Астрономы раскрыли механизм, приводящий к мощнейшим вспышкам при термоядерных взрывах, происходящих на поверхности остывающих звёзд. Они полагают, что те же самые явления могут отвечать за вспышки при столкновениях светил и уничтожении звёзд чёрными дырами.

Достижение описано в научной статье, опубликованной в журнале Nature Astronomy.

Напомним, что такое вспышка новой звезды. Это явление происходит в тесных парах, где один компонент системы – обычное светило, а другой – белый карлик. Последний – это остывающее ядро отгоревшей звезды, в котором уже не происходит термоядерных реакций.

Мощная гравитация белого карлика "крадёт" вещество компаньона. Водород "обкрадываемой" звезды накапливается на поверхности белого карлика, пока его не становится слишком много. Тогда в слое скопившейся материи происходит термоядерный взрыв.

Он выделяет энергию, в 10–100 тысяч раз превышающую годовое энерговыделение Солнца. Светимость системы резко повышается, и зачастую она становится различимой невооружённым глазом. Внешне это выглядит так, как будто на небе зажглась новая звезда. Некогда люди так и думали, и название "новые звёзды" сохранилось до сих пор.

Двойная система сразу после того как белый карлик в ней (справа) взорвался в виде новой звезды. Вторым компонентом системы является красный гигант. Представление художника.

Ежегодно астрономы обнаруживают в Галактике около десятка новых звёзд. Тем не менее многие детали этих катаклизмов остаются загадкой.

Так, после первоначального взрыва новая ещё некоторое время испускает мощное излучение. Но откуда оно берётся?

Долгое время считалось, что дело в продолжающемся термоядерном "горении" скопившегося на поверхности белого карлика материала. Однако недавно появились данные, заставляющие усомниться в этой версии. И вот теперь, похоже, в вопросе поставлена точка.

Новая V906 Киля (справа, отмечена указателем) и расположенная рядом с ней туманность эта Киля.

В 2018 году большая международная группа астрономов, в которую входят и российские учёные, провела наблюдения новой V906 Carinae, находящейся от нас на расстоянии 13 тысяч световых лет. Её излучение регистрировалось в нескольких диапазонах. В частности, фиксировались гамма- и рентгеновские лучи, а также видимый свет.

Астрономы обратили внимание, что после взрыва новая светится неравномерно. Излучение испускалось в виде целой череды вспышек, происходящих почти одновременно в гамма-, рентгеновском и оптическом диапазоне. При каждой такой вспышке яркость объекта удваивалась. В сумме эти всплески составили основную часть энергии, выделенной небесным телом.

При этом вспышки света достигали своего максимума через несколько часов после гамма-вспышек, а рентгеновское излучение было неожиданно слабым.

"Во время пика яркости [новой звезды] телескоп BRITE-Toronto зарегистрировал восемь коротких световых вспышек, каждая следующая была почти в два раза сильнее предыдущей, – рассказывает первый автор статьи Кирилл Соколовский из Государственного астрономического института имени П. К. Штернберга МГУ. – Мы видели намеки на эти события и в наземных измерениях, но никогда ещё не наблюдали их так ясно. Обычно мы отслеживаем звёзды этого класса с Земли с помощью гораздо меньшего количества наблюдений. Кроме того, между измерениями часто возникают большие перерывы, и поэтому не удаётся зафиксировать некоторые быстрые изменения".

Анализ данных подтвердил гипотезу, которая высказывалась и раньше, но для её проверки не хватало информации. Основной источник свечения новой звезды после взрыва – не продолжающееся термоядерное "горение" водорода. Таким источником служат ударные волны, созданные взрывом в недрах белого карлика. Они-то и создают упомянутые вспышки.

График изменения яркости со временем новой V906 Киля в оптическом (сверху) и гамма- диапазоне (внизу). Единицы измерения – сутки с момента вспышки.

Первоначально энергия излучается в виде гамма- и рентгеновских квантов. Часть этого излучения сразу уходит в космос, а часть поглощается веществом белого карлика и переизлучается в видимом свете, фотоны которого имеют куда меньшую энергию.

Это объясняет, почему оптические вспышки запаздывали по сравнению с гамма-вспышками: на поглощение и переизлучение нужно время. Теперь понятно также, почему рентгеновское излучение было таким слабым: большая его часть поглотилась окружающей материей и достигла Земли уже в виде света.

Эксперты полагают, что такой же процесс должен быть основным механизмом излучения и при других космических катаклизмах, о которых "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) подробно рассказывали. Речь идёт о взрывах сверхновых, столкновениях звёзд и уничтожении светил чёрными дырами.

Работа российских учёных была поддержана грантом Российского научного фонда.