Астрономы увидели начало взрыва новой звезды

Когда в звёздах наподобие Солнца останавливаются все термоядерные реакции, светила заканчивают свою жизнь, превращаясь в небольшие и чрезвычайно плотные белые карлики.

Порой такие мёртвые звезды вспыхивают и перерождаются в сверхгорячем взрыве. О взрывах белых карликов учёным известно уже немало, и мы не раз рассказывали о них.

Мы также подробно описывали, почему белый карлик может взорваться новой звездой, а если он окажется достаточно массивным, то и сверхновой. Недавно был обнаружен и совершенно новый тип звёздного взрыва: микроновая.

Но чего раньше не заставали астрономы, так это самое начало такого взрыва. Исторически эти яркие вспышки обнаруживали уже после самого происшествия, когда видимое излучение достигало оптических телескопов на Земле.

Нередко вспышку новой звезды можно увидеть и невооружённым глазом. Именно так это явление и получило своё название: наблюдателям с Земли казалось, что на ночном небе ярко загорелась новая звезда. Сегодня известно, что такие звёзды не новые, а очень даже старые, но название так и осталось.

Более 30 лет назад теоретики рассчитали, что до того, как такая звезда израсходует большую часть своего топлива, состоящего из водорода и гелия, на её поверхности возникают "огненные шары" рентгеновского излучения. Но до сих пор они никогда не наблюдались напрямую.

Исследовательская группа из нескольких немецких институтов, включая Тюбингенский университет и Университет Эрлангена — Нюрнберга (FAU) впервые смогла наблюдать такой взрыв рентгеновского излучения.

Сделать это открытие удалось с помощью российско-немецкой орбитальной обсерватории "Спектр-РГ", которая уже не раз помогала астрономам наблюдать удивительные космические катаклизмы.

В какой-то степени это был вопрос удачи, отмечают исследователи. Такие рентгеновские вспышки длятся всего несколько часов, и их почти невозможно предсказать, а телескоп в нужное время должен быть направлен прямо на взрыв.

В данном случае повезло рентгеновскому телескопу eROSITA, который в настоящее время находится в полутора миллионах километров от Земли. С 2019 года он ведёт обзор неба на наличие мягкого рентгеновского излучения в составе "Спектр-РГ".

7 июля 2020 года он засёк сильное рентгеновское излучение в области неба, которая за четыре часа до этого была совершенно непримечательной.

Ещё четыре часа спустя рентгеновский телескоп обследовал то же место на небе, но излучение исчезло. Из этого следует, что рентгеновская вспышка должна была длиться менее восьми часов.

"Эти так называемые новые случаются постоянно, но обнаружить их в самые первые моменты, когда производится большая часть рентгеновского излучения, очень сложно", – пояснил соавтор работы доктор Виктор Дорошенко из Тюбингенского университета.

Сложность эта вызвана не только короткой продолжительностью вспышки, но и тем, что спектр испускаемых рентгеновских лучей сдвинут в сторону "мягких" частот. Мягкие рентгеновские лучи отличаются от жёстких не только по частоте, но и тем, что имеют меньшую энергию и легко поглощаются межзвёздной средой. Поэтому астрономы не могут наблюдать их на больших расстояниях.

"Телескопы обычно проектируются так, чтобы быть наиболее эффективными в более жёстких рентгеновских лучах, где поглощение менее важно, и именно по этой причине они пропускают событие такого рода [как описанное в новом исследовании]", – добавил доктор Дорошенко.

Небо в алмазах

Если бы мы могли уменьшить яблоко до размера булавочной головки, и эта крошечная частица сохранила бы сравнительно большой вес яблока, то это был бы белый карлик в миниатюре. Так, чайная ложка вещества внутри белого карлика легко может иметь ту же массу, что и большой грузовик. То есть эти объекты имеют фантастически высокую плотность.

Поскольку эти выгоревшие звёзды в основном состоят из кислорода и углерода, их можно сравнить с гигантскими алмазами размером с Землю, дрейфующими в космосе.

Эти "драгоценные камни" настолько горячие, что светятся белым светом в оптическом спектре. Однако само излучение настолько слабое, что его трудно обнаружить с Земли.

"Физическое происхождение рентгеновского излучения, исходящего из атмосфер белых карликов, относительно хорошо изучено, и мы можем моделировать их спектры […] в мельчайших деталях.

Сравнение моделей с наблюдениями позволяет затем изучить основные свойства таких объектов, как вес, размер или химический состав", – объясняет соавтор исследования доктор Валерий Сулейманов из Тюбингенского университета.

Согласно полученным результатам, наблюдаемый белый карлик имеет массу примерно такую ​​же, как у Солнца, а значит, является относительно крупным. В результате взрыва образовался огненный шар с температурой около 327 000 Кельвинов, что примерно в 60 раз горячее Солнца.

Эти параметры были получены путём объединения моделей рентгеновского излучения с моделями излучения очень горячих белых карликов, созданных в Тюбингене Валерием Сулеймановым и Виктором Дорошенко, и глубокого анализа, проведённого в FAU и Институте внеземной физики имени Макса Планка.

"Я думаю, что это очень хорошо иллюстрирует важность сотрудничества в современной науке и широкий спектр знаний в рамках немецкого консорциума eROSITA", — добавляет ведущий автор работы доктор Клаус Вернер из Тюбингенского университета.

Поскольку у таких "новых звёзд" довольно быстро заканчивается топливо, они быстро остывают, и рентгеновское излучение становится слабее, пока в конце концов не остаётся лишь видимый свет.

Свет от новой, описанной в данной работе, достиг Земли через полдня после обнаружения рентгеновской вспышки и наблюдался уже оптическими телескопами.