Когда звезды, подобные нашему Солнцу, расходуют все свое топливо, они сжимаются, образуя белые карлики. Иногда такие мертвые звезды возвращаются к жизни в виде сверхгорячего взрыва и производят огненный шар рентгеновского излучения. Исследовательская группа из нескольких немецких институтов, включая Тюбингенский университет, под руководством Университета Фридриха-Александра Эрлангена-Нюрнберга (FAU), впервые смогла наблюдать такой взрыв рентгеновского излучения.
"Это было в какой-то степени удачное совпадение", - объясняет Оле Кёниг из Астрономического института ФАУ в обсерватории доктора Карла Ремейса в Бамберге, который опубликовал статью об этом наблюдении в журнале Nature вместе с профессором доктором Йорном Вильмсом и исследовательской группой из Института внеземной физики имени Макса Планка. "Эти рентгеновские вспышки длятся всего несколько часов, и их практически невозможно предсказать, но инструмент для наблюдения должен быть направлен прямо на взрыв в точно определенное время", - объясняет астрофизик.
В данном случае таким инструментом является рентгеновский телескоп eROSITA, который в настоящее время находится в полутора миллионах километров от Земли и с 2019 года ведет наблюдение за небом на предмет мягкого рентгеновского излучения. 7 июля 2020 года он зафиксировал сильное рентгеновское излучение в той области неба, которая за четыре часа до этого была совершенно незаметна. Когда рентгеновский телескоп обследовал то же место на небе четыре часа спустя, излучение исчезло. Из этого следует, что рентгеновская вспышка, которая ранее полностью пересветила центр детектора, должна была длиться менее восьми часов.
Подобные рентгеновские взрывы были предсказаны теоретическими исследованиями более 30 лет назад, но до сих пор никогда не наблюдались непосредственно. Эти огненные шары рентгеновского излучения происходят на поверхности звезд, которые первоначально были сравнимы по размерам с Солнцем, но затем израсходовали большую часть своего топлива, состоящего из водорода, а затем гелия, глубоко внутри своих ядер. Эти звездные трупы сжимаются, пока не остаются белые карлики, которые по размеру похожи на Землю, но имеют массу, которая может быть такой же, как у нашего Солнца. "Один из способов представить себе эти пропорции - подумать, что Солнце размером с яблоко, а Земля размером с булавочную головку, вращающуюся вокруг яблока на расстоянии 10 метров", - объясняет Йорн Вильмс.
"Эти так называемые новые звезды происходят постоянно, но обнаружить их в самые первые моменты, когда происходит большая часть рентгеновского излучения, очень сложно", - добавляет доктор Виктор Дорошенко из Тюбингенского университета. "Сложность представляет не только короткая продолжительность вспышки, но и тот факт, что спектр испускаемых рентгеновских лучей очень мягкий. Мягкие рентгеновские лучи не очень энергичны и легко поглощаются межзвездной средой, поэтому мы не можем видеть очень далеко в этом диапазоне, что ограничивает количество наблюдаемых объектов, будь то новая звезда или обычная звезда. Телескопы обычно предназначены для работы в более жестких рентгеновских лучах, где поглощение менее важно, и именно по этой причине они могут пропустить такое событие", - заключает Виктор Дорошенко.
Звездные трупы похожи на драгоценные камни
С другой стороны, если бы вы уменьшили яблоко до размеров булавочной головки, эта крошечная частица сохранила бы сравнительно большую массу яблока. "Чайная ложка вещества изнутри белого карлика легко может иметь такую же массу, как большой батон", - продолжает Йорн Вильмс. Поскольку эти сгоревшие звезды состоят в основном из кислорода и углерода, мы можем сравнить их с гигантскими алмазами, которые по размеру равны Земле и плавают в космосе. Эти объекты в виде драгоценных камней настолько горячи, что светятся белым светом. Однако излучение настолько слабое, что его трудно обнаружить с Земли.
Это так, пока белый карлик не сопровождается звездой, которая все еще горит, и когда огромное гравитационное притяжение белого карлика вытягивает водород из оболочки сопровождающей звезды. "Со временем этот водород может собраться и образовать слой толщиной всего в несколько метров на поверхности белого карлика, - объясняет астрофизик ФАУ Йорн Вильмс. В этом слое огромное гравитационное притяжение создает огромное давление, которое настолько велико, что заставляет звезду разгореться вновь. В результате цепной реакции вскоре происходит мощный взрыв, во время которого сдувается слой водорода. Рентгеновское излучение такого взрыва и попало в детекторы eROSITA 7 июля 2020 года, создав переэкспонированное изображение.
"Физическое происхождение рентгеновского излучения, исходящего из атмосфер белых карликов, относительно хорошо изучено, и мы можем моделировать их спектры из первых принципов и в мельчайших деталях. Сравнение моделей с наблюдениями позволяет нам узнать основные свойства этих объектов, такие как масса, размер или химический состав", - объясняет доктор Валерий Сулейманов из Тюбингенского университета.
"Однако в данном конкретном случае проблема заключалась в том, что после 30 лет отсутствия фотонов у нас их вдруг стало слишком много, что исказило спектральный отклик eROSITA, который был разработан для обнаружения миллионов очень слабых объектов, а не одного, но очень яркого", - добавляет Виктор Дорошенко.
"Используя модельные расчеты, которые мы изначально составили при поддержке разработки рентгеновского прибора, мы смогли более детально проанализировать переэкспонированное изображение в ходе сложного процесса, чтобы получить закулисный взгляд на взрыв белого карлика, или новы", - объясняет Йорн Вильмс.
Согласно полученным результатам, масса белого карлика примерно равна массе нашего Солнца и поэтому относительно велика. В результате взрыва образовался огненный шар с температурой около 327 000 Кельвинов, что делает его примерно в 60 раз горячее Солнца. "Эти параметры были получены путем объединения моделей рентгеновского излучения с моделями излучения, испускаемого очень горячими белыми карликами, созданными в Тюбингене Валерием Сулеймановым и Виктором Дорошенко, и очень глубокого анализа реакции приборов в режиме, далеко выходящем за рамки спецификаций, проведенного в FAU и MPE. Я думаю, что это очень хорошо иллюстрирует важность сотрудничества в современной науке и широкий спектр знаний в рамках немецкого консорциума eROSITA", - добавляет профессор д-р Клаус Вернер из Тюбингенского университета.
Поскольку топливо у этих новых звезд заканчивается довольно быстро, они быстро остывают, и рентгеновское излучение становится слабее, пока в конце концов не превращается в видимый свет, который достиг Земли через полдня после обнаружения eROSITA и был замечен оптическими телескопами. "Затем появилась кажущаяся яркой звезда, которая на самом деле была видимым светом от взрыва, причем настолько ярким, что его можно было увидеть на ночном небе невооруженным глазом", - объясняет Оле Кёниг. Такие, казалось бы, "новые звезды", как эта, уже наблюдались в прошлом и были названы "nova stella", или "новая звезда", из-за их неожиданного появления. Поскольку эти новые звезды видны только после рентгеновской вспышки, предсказать такие вспышки очень трудно, и попадание их в рентгеновские детекторы зависит в основном от случайности. "Нам очень повезло, - говорит Оле Кёниг.
По информации https://www.astronews.ru/cgi-bin/mng.cgi?page=news&news=20220511230517
