Раскрыта полувековая загадка рентгеновского излучения голубого гиганта в Кассиопее

Ученые нашли объяснение интенсивному рентгеновскому излучению, которое испускает звезда γ Кассиопеи. Более 50 лет этот вопрос оставался одной из важных загадок астрономии.

Ответ на него получен благодаря рентгеновской обсерваторией XRISM с ее выдающимися параметрами и опубликован в журнале Astronomy & Astrophysics. Оказалось, в рентгеновском диапазоне сверкает невидимый компаньон γ Cas.

Гамма Кассиопеи (γ Cas) видна в Европе каждую безоблачную ночь. Она образует центральную точку в характерном W-образном созвездии Кассиопеи.

Необычные свойства этой звезды заметил еще итальянский астроном Анджело Секки в 1966 году. В ее спектре яркая водородная линия, тогда как у таких звезд, как наше Солнце, она обычно выглядит как темная.

Эта странная особенность положила начало новому классу звезд — так называемым Be-звездам. В этом обозначении B указывает на горячие голубовато-белые массивные звезды, а e (emission — эмиссионная), связана с необычным излучением водорода.

Невидимый компаньон

Потребовалось несколько десятилетий, чтобы астрономы поняли: это излучение исходит от быстро вращающегося диска вещества, выброшенного звездой. Такие диски со временем могут нарастать и рассеиваться, что приводит к изменениям яркости звезды. Благодаря этому γ Кассиопеи популярна среди астрономов-любителей и сегодня.

С развитием наблюдательных технологий смогли измерить движение γ Cas и предположили, что у нее есть звезда-компаньон меньшей массы. С Земли его не видно даже в самые мощные телескопы, скорее всего это белый карлик.

В середине 1970-х у Гаммы Кассиопеи было обнаружено излучение в жестком рентгеновском диапазоне. По расчетам выходило, что его источник — горячая плазма температурой 150 миллионов градусов, и светит она примерно в 40 раз мощнее, чем можно ожидать от таких звезд.

С запуском рентгеновских космических телескопов — европейского XMM-Newton, американского Chandra и германского eROSITA — астрономы обнаружили около двух десятков звезд, похожих на γ Кассиопеи и обладающих аналогичным необычным рентгеновским излучением. Так они выделились в отдельную группу среди Be-звезд.

Две теории

За прошедшие годы объяснение природы жесткого рентгеновского излучения свелось к двум конкурирующим теориям. Взаимодействует ли магнитное поле звезды с окружающим ее диском, порождая горячую плазму? Или же рентгеновские лучи возникают, когда вещество диска Be-звезды падает на белого карлика-компаньона?

Дилемму эту разрешил спектрометр высокого разрешения Resolve на борту XRISM, который показал, что следы горячей плазмы движутся в соответствии с орбитальным движением невидимого компаньона. Иными словами, белый карлик поглощает вещество γ Кассиопеи и при этом испускает рентгеновские лучи.

Таким образом, полувековая загадка раскрыта, но это сделало актуальнее новые вопросы: как формируется и эволюционирует более многочисленная популяция двойных систем такого типа?

Долгое время считалось, что такие пары должны быть распространены в основном среди маломассивных звезд. Однако новые исследования показывают, что они встречаются реже, чем предсказывалось, и чаще всего образуются именно вокруг массивных Be-звезд.

«Думаю, надо разобраться, как именно происходит взаимодействие между двумя звездами. Теперь, когда мы знаем истинную природу γ Кассиопеи, можно создать модели специально для этого класса звездных систем и уточнить наши представления об эволюции двойных звезд», — заключил Яэль.