Астрономы впервые наблюдали рентгеновский "огненный шар" звездного новообразования

Краткое, но колоссальное извержение мертвой звезды, переживающей взрыв новой звезды, было запечатлено одним из самых мощных рентгеновских инструментов в космосе.

Совместный немецко-российский телескоп eROSITA, установленный на борту космической обсерватории "Спектр-РГ" в точке Лагранжа L2 (да, это дом Уэбба), впервые зафиксировал то, что известно как "огненный шар" фазы классической новой звезды. Эти рентгеновские данные окончательно подтвердили с помощью наблюдений предсказание 1990 года о физике новых звезд.

Новая, о которой идет речь, известна как YZ Reticuli, обнаруженная 15 июля 2020 года на расстоянии около 8 250 световых лет, недалеко от южного созвездия Ретикула. Анализ показал, что это мимолетное усиление яркости, скорее всего, было результатом того, что мы называем классической новой - извержения звезды-белого карлика.

Вот как это работает. Белая карликовая звезда - это то, что мы считаем "мертвой" звездой - разрушившееся ядро звезды, масса которой примерно в 8 раз превышала массу Солнца, после того как она достигла конца своего жизненного цикла атомного синтеза (главной последовательности) и выбросила свой внешний материал. К другим объектам такого рода относятся нейтронные звезды (от 8 до 30 солнечных масс) и черные дыры (все, что больше этого).

Белые карлики маленькие и плотные: примерно между размерами Земли и Луны и до массы 1,4 Солнца. Этот предел массы известен как предел Чандрасекхара: если белый карлик превышает этот предел, он становится настолько нестабильным, что взрывается в эффектной сверхновой.

Белые карлики могут также - часто - находиться в бинарных системах с более крупными (хотя и менее массивными) звездами. Если они находятся на достаточно близкой взаимной орбите, белый карлик может высасывать материал из своего бинарного компаньона.

Это вещество - в основном водород; оно накапливается на поверхности белого карлика, где нагревается. В конце концов, масса становится настолько большой, что давление и температура в нижней части водородного слоя становятся достаточными, чтобы зажечь атомный синтез на поверхности белого карлика; это приводит к термоядерному взрыву, который с силой выбрасывает избыток вещества в космос. Здравствуй, новая звезда.

Во время своего второго исследования всего неба с июня по декабрь 2020 года eROSITA неоднократно обследовала область неба, содержащую белый карлик. Во время первых 22 проходов все выглядело нормально, как и должно быть. Однако на 23-м проходе, начавшемся 7 июля 2020 года, появился чрезвычайно яркий источник мягкого рентгеновского излучения в районе, который позже был идентифицирован как YZ Reticuli, и снова исчез при следующем проходе, что означает, что вся вспышка длилась не более восьми часов.

Это произошло за 11 часов до оптического усиления яркости источника. Это, по словам астрономов, полностью соответствует теоретическому моделированию фазы "огненного шара" новой звезды. (Предыдущие наблюдения огненного шара новолуния проводились в оптическом диапазоне длин волн и касались расширяющегося выброса при извержении звезды - это совершенно другая стадия новолуния).

Согласно предсказанию, сделанному в 1990 году, между беглым термоядерным синтезом, вызывающим взрыв, и усилением яркости звезды в оптическом диапазоне длин волн должна пройти очень короткая фаза "огненного шара". Эта фаза должна проявиться в виде мягкой, короткой и яркой вспышки рентгеновского излучения перед тем, как звезда станет ярче в оптическом диапазоне длин волн.

Согласно теории, это происходит потому, что расширяющийся материал достигает фотосферы или "поверхности" белого карлика. В течение короткого периода времени внешнее ускорение этого материала совпадает с внутренним ускорением, вызванным гравитацией звезды, в результате чего белый карлик нагревается и светит с максимальной яркостью, известной как эддингтоновская светимость.

По мере того как взрыв продолжает расширяться, он остывает, в результате чего излучаемый свет переходит из более энергичных рентгеновских волн в оптические. Обычно именно тогда мы видим, что новая звезда становится ярче.

Полученные результаты позволили команде сделать несколько ключевых измерений рассматриваемого белого карлика. К ним относятся точное время термоядерной реакции и температурная эволюция белого карлика в течение всего времени существования новой звезды. Теоретическая работа также предполагает, что продолжительность фазы огненного шара соответствует массе белого карлика. Используя эту информацию, команда вывела массу, в 0,98 раза превышающую массу Солнца.

По словам команды, это наблюдение было очень удачным. Ожидается, что за четыре года своей миссии eROSITA обнаружит всего один или два таких огненных шара, учитывая частоту появления новаций в нашей галактике.

"Благодаря успешному обнаружению вспышки YZ Reticuli с помощью eROSITA, существование рентгеновских вспышек теперь подтверждено наблюдениями", - пишут исследователи в своей статье.

"Наше обнаружение также добавляет недостающий фрагмент для измерения общей энергетики новой звезды и завершает общую картину фотосферной эволюции термоядерного побега".

Исследование было опубликовано в журнале Nature.