Космический «вампир»: телескоп Chandra выяснил, почему звезда 27 раз притворялась сверхновой

Загадка «самозванца»

Космический самозванец, который 27 раз притворялся сверхновой и продолжает это делать, на самом деле является горячей, светящейся и явно нестабильной звездой, которую «вампирит» чёрная дыра или нейтронная звезда, обнаружила рентгеновская обсерватория NASA Chandra. Когда массивная звезда достигает конца пути и у неё заканчивается ядерное топливо для питания реакций синтеза в ядре, звезда уничтожается в взрыве сверхновой. Именно это, как думали астрономы, они нашли 11 января 2012 года, когда наблюдали то, что выглядело как сверхновая на окраине спиральной галактики NGC 4559, находящейся примерно в 25 миллионах световых лет от нас в созвездии Волосы Вероники.

Однако когда свет «сверхновой» померк, звезда всё ещё была там — и продолжала вспыхивать каждые 113 дней. «В течение 15 лет астрономы наблюдали, как эта звезда становится очень яркой, а затем снова тускнеет на регулярной основе», — сказала Моджган Агаханлу из Университета Вирджинии в Шарлоттсвилле. За последние одно-два десятилетия наблюдались и другие «самозванцы сверхновых». До сих пор никто не знал, что заставляет эти звёзды повторно поднимать ложную тревогу. Благодаря рентгеновскому зрению Chandra Агаханлу возглавила команду астрономов, которые, как они считают, теперь нашли объяснение.

Что такое AT 2016blu

Самозванец сверхновой получил имя AT 2016blu и относится к типу звёзд, который мы называем «яркая голубая переменная» (LBV). Это самые массивные и светящиеся звёзды во Вселенной, и их экстремальные характеристики делают их крайне нестабильными: они переживают перемежающиеся приступы потери массы, выбрасывая вещество из внешних слоёв в окружающее пространство. Однако имитация сверхновой не является частью их типичного поведения, поэтому потребовался новый взгляд на AT 2016blu.

«Чтобы понять причину этих извержений, мы поняли, что нам нужны рентгеновские данные, синхронизированные так, чтобы мы наблюдали звезду, когда она находится в состоянии вспышки», — сказала член команды Нурия Торрес-Альба, также из Университета Вирджинии. Команде Агаханлу предоставили возможность задействовать Chandra для нацеливания на вспышку AT 2016blu при первой возможности. Эта возможность представилась в марте 2026 года. Chandra ранее случайно смотрел в направлении NGC 4559 в 2001 и 2002 годах и тогда не заметил ничего необычного. На этот раз, однако, он зафиксировал мощный выброс рентгеновских лучей, совпавший с очередной ложной вспышкой сверхновой.

Как работает «вампиризм»

Рентгеновское обнаружение позволило команде Агаханлу собрать картину происходящего. «Пока мы не смогли получить данные Chandra в нужное время, мы не могли понять, что это вызывает», — сказал он. Наблюдения Chandra указывают на то, что у AT 2016blu есть невидимый компаньон — компактный объект с высокой гравитацией, либо нейтронная звезда, либо чёрная дыра звёздной массы, обращающийся по эллиптической 113-дневной орбите вокруг яркой голубой переменной. Нейтронные звёзды и чёрные дыры звёздной массы — это остатки ядер массивных звёзд, которые действительно прошли через сверхновую, а значит, когда-то AT 2016blu была двойной звёздной системой.

Каждый раз, когда компактный объект достигает точки своей орбиты, ближайшей к яркой голубой переменной, его мощная гравитация способна вытягивать вещество из нестабильной звезды. Это запускает цепочку событий, приводящую к ярким вспышкам. По мере того как украденное звёздное вещество оттаскивается от раненой звезды к компактному объекту, оно образует аккреционный диск, вращающийся вокруг нейтронной звезды или чёрной дыры так быстро и нагревающийся так сильно, что излучает рентгеновские лучи. Именно эти рентгеновские лучи и увидел Chandra.

Рентгеновские лучи огромны: они energize окружающее облако вещества, выброшенного яркой голубой переменной годы назад. Облако нагревается и светится чрезвычайно ярко в видимом свете, создавая впечатление сверхновой. «Мы подозревали, что яркие повторяющиеся вспышки на оптических длинах волн на самом деле могут питаться периодическими выбросами высокоэнергетических рентгеновских лучей, — сказал член команды Нейтан Смит из Университета Аризоны в Тусоне. — Плотный газ, окружающий систему, нагревается рентгеновскими лучами и затем светится в оптическом диапазоне».

Масштабы «ограбления»

Расчёты показывают, что каждый год компактный объект крадёт как минимум 440 миллиардов триллионов фунтов вещества, а возможно, и на два порядка больше. Это огромное количество, но оно составляет лишь 800 миллионных массы Солнца, а яркая голубая переменная AT 2016blu как минимум в 33 раза массивнее Солнца. Тем не менее это гораздо больше максимальной скорости вещества, которую нейтронная звезда может безопасно аккрецировать, — так называемого предела Эддингтона. Неудивительно, что аккреция на компактный объект высвобождает такие экстремальные энергии.

AT 2016blu также связана с другим загадочным и редким астрофизическим явлением — ультраяркими рентгеновскими источниками (ULX). Что именно питает ULX, остаётся неясным, но участие компактных объектов, таких как чёрные дыры и нейтронные звёзды, стоит высоко в списке. AT 2016blu достаточно ярка, чтобы считаться ULX, так что может ли она служить «розеттским камнем», связывающим самозванцев сверхновых с ULX? Говорить об этом рано: пока только у одного другого самозванца сверхновой — SN 2010da — обнаружено рентгеновское излучение, типичное для вещества, крадущегося у одной звезды и аккрецирующего на компактное тело, но в том случае известно, что компаньоном является другая массивная звезда, красный сверхгигант, а не компактный объект.

Рентгеновское обнаружение AT 2016blu описано в статье, опубликованной в понедельник (9 ноября) в The Astrophysical Journal.

Источники: The Astrophysical Journal, NASA/CXC, Университет Вирджинии, Университет Аризоны.