Космическая Розетта: танец мёртвой звезды и красного карлика

Сталкивающиеся магнитные поля белого карлика и его соседа — красного карлика — оказались источником загадочных сигналов из космоса, которые оставались головоломкой более двадцати лет. К такому выводу пришли радиоастрономы в Австралии.

Речь идёт о долгопериодических радиотранзиентах — классе небесных радиоизлучений, открытом в 2005 году. Большинство излучающих объектов выбрасывают всплески, длящиеся секунды или доли секунд. Но долгопериодические транзиенты, которых сегодня известно около дюжины, генерируют радиоволны порциями продолжительностью от нескольких минут до часа и более.

Раньше учёные грешили на магнетары — сверхмагнитные пульсары. Однако новое исследование, проведённое под руководством Кови Роуза из Сиднейского университета на радиотелескопе ASKAP, показало: по крайней мере часть этих сигналов рождается в симбиотических двойных системах.

В таких системах компактный объект — как правило, белый карлик, остывшее ядро звезды вроде нашего Солнца, — ворует вещество у близкой звезды-компаньона. Этот процесс нередко заканчивается взрывом новой, когда на поверхности белого карлика скапливается слишком много материала.

«Долгопериодические радиотранзиенты годами ставили астрономов в тупик, — говорит аспирант Кови Роуз. — Теперь нам удалось показать, что источник одного из них — белый карлик, активно перетягивающий материю со звезды-компаньона».

Система, о которой идёт речь, занесена в каталог как ASKAP J1745-5051. В ней белый карлик размером примерно с Землю, но с массой, близкой к солнечной, ворует вещество у красного карлика, чья масса — всего десятая часть солнечной.

Уникальность ASKAP J1745-5051 в том, что она выдаёт не только долгие радиовсплески, но и мощные выбросы рентгена.

«Все эти излучения привязаны к орбитальному движению системы, — объясняет Роуз. — Но интересно, что радиосигнал и рентгеновский пик не совпадают по времени. Это говорит о том, что они рождаются в разных областях системы».

Рентгеновское излучение возникает, когда вещество с красного карлика по спирали устремляется к белому. По мере приближения гравитация сжимает материю, трение разогревает её до сотен тысяч и даже миллионов градусов — этого достаточно для испускания рентгена. Где именно происходит уплотнение вещества, зависит от взаимного расположения двух звёзд.

Происхождение радиоволн сложнее. У белого и красного карликов есть собственные магнитные поля. Их орбита — полный оборот занимает всего 1,4 часа — не круговая, а сильно вытянутая. Временами звёзды сближаются гораздо теснее обычного. В такие моменты их магнитные поля сталкиваются, сдирая заряженные частицы с поверхности друг друга. Эти частицы закручиваются вокруг силовых линий магнитного поля и испускают так называемое синхротронное излучение — радиоволны. Всплеск длится ровно столько, сколько магнитные поля находятся в контакте, и повторяется каждые 1,4 часа.

Это объясняет природу ASKAP J1745-5051, но не обязательно всех долгопериодических транзиентов. Лишь у одного другого подобного источника удалось зафиксировать рентген. Не исключено, что часть сигналов имеет иное происхождение. Роуз, однако, надеется, что новое исследование поможет их различать.

«Эта система даёт нам ключ к расшифровке подобных сигналов, — говорит учёный. — Она способна помочь определить, какие транзиенты ближе к пульсарам, а какие — к системам с белыми карликами. Своего рода звёздный Розеттский камень».

Открытие австралийских астрономов напоминает детектив, в котором сыщик наконец находит недостающую улику, и разрозненные факты вдруг складываются в стройную картину. Двадцать лет загадочные сигналы вспыхивали в радиодиапазоне, словно далёкий маяк, подающий знаки по неведомому расписанию. Одни учёные подозревали экзотические нейтронные звёзды с чудовищными магнитными полями, другие — и вовсе неведомые науке объекты. Но истина, как это часто бывает, оказалась элегантнее вымысла: два старых знакомых астрофизики — белый карлик и красный карлик — устроили в космосе гравитационно-магнитный танец длиной в полтора часа.

Особенно изящен в этой истории сам метод. Роуз и его коллеги не просто зафиксировали радиовсплески, но синхронизировали их с орбитальным движением, поймав момент «столкновения магнитных щитов» двух звёзд. Это похоже на то, как если бы мы не просто слышали далёкий шум, а сумели разглядеть дирижёра, взмах его палочки и инструменты оркестра. Рентгеновские пики, не совпадающие по фазе с радиовспышками, стали тем самым ключом, который позволил разделить две области излучения — горячую спираль аккреции у поверхности белого карлика и зону магнитного трения между звёздами.

Но главное, как подчёркивают сами исследователи, это не финальная точка, а только начало. На небе обнаружено около дюжины долгопериодических радиотранзиентов. Сколько из них окажутся симбиотическими двойными, подобными ASKAP J1745-5051, а сколько — магнетарами или чем-то совершенно иным, пока неясно. Каждый такой сигнал — это голос невидимого космического механизма, и теперь у астрономов есть дешифратор хотя бы для одного из диалектов.

Звёздный Розеттский камень, о котором говорит Кови Роуз, возможно, позволит человечеству прочесть целую главу в учебнике астрофизики, написанную на языке магнитных полей и аккреционных потоков. И если повезёт, эти далёкие вспышки расскажут нам не только о жизни умирающих звёзд, но и о том, что происходит в самых экстремальных уголках Вселенной, где материя ведёт себя так, как не снилось ни одному земному ускорителю.