Международная команда ученых, включающая российских исследователей, провела подробные наблюдения за вспышкой новой звезды V906 Carinae, находящейся от нас на расстоянии 13 000 световых лет. Данные с трех спутников, два из которых являются участниками миссий NASA, позволили доказать, что основная часть видимого света во время взрыва на поверхности новой звезды возникает из-за ударных волн. Они генерируют гамма-лучи, которые и вызывают свечение в видимом спектре. Таким образом возможно объяснить мощное излучение, сопровождающее слияние звезд, вспышки сверхновых и поглощение звезд черными дырами. Работа опубликована в журнале Nature Astronomy. Исследования российских ученых поддержаны грантом Российского научного фонда (РНФ).
Звезда, относящаяся к классу новых, обычно возникает в системе, состоящей из белого карлика и звезды-компаньона. На поверхности белого карлика уже не идут термоядерные реакции, и он представляет собой плотный медленно остывающий сгусток звездного пепла, не намного превышающий по размерам Землю. В системе со звездой-компаньоном образуется поток водорода, текущий с ее внешних слоев к белому карлику. Газ накапливается на его поверхности до тех пор, пока не достигаются критическая температура и давление. Это приводит к взрывной термоядерной реакции в слое водорода и формированию ударной волны — резкому изменению температуры, давления и плотности, распространяющемуся внутри среды. Взрыв срывает вещество внешней оболочки белого карлика в окружающее пространство. С каждым таким событием выделяется энергия, в 10 000–100 000 раз превышающая годовую энергию Солнца.
Астрономы каждый год обнаруживают около 10 звезд этого класса в нашей Галактике. В 2018 году международная команда ученых, объединяющая исследователей из 40 научных организаций, наблюдала вспышку звездной системы V906 Carinae, находящейся от нас на расстоянии около 13 000 световых лет в созвездии Киль. Использованный в работе космический телескоп NASA Fermi Gamma-ray предназначен для наблюдения удаленных объектов в спектре гамма-излучения. Такие электромагнитные волны характеризуются наибольшей энергетичностью и возникают во время столкновения частиц, намного меньших, чем атомы, с экстремально высокими энергиями. Гамма-лучи появлялись в результате ударной волны примерно в то же время, что и вспышки видимого света. Это согласовывалось с существующим мнением о том, что ударные волны во время вспышки производят больше света, чем продолжающееся термоядерное горение на поверхности белого карлика. Наблюдения со спутника BRITE-Toronto в видимом диапазоне наглядно подтвердили эту точку зрения. Каждый день он возвращал c орбиты на Землю около 600 измерений изменения яркости этой системы.
«Во время пика яркости BRITE-Toronto зарегистрировал восемь коротких световых вспышек, каждая следующая была почти в два раза сильнее предыдущей, — рассказывает Кирилл Соколовский, кандидат физико-математических наук, сотрудник Государственного астрономического института имени П. К. Штернберга МГУ. — Мы видели намеки на эти события и в наземных измерениях, но никогда еще не наблюдали их так ясно. Обычно мы отслеживаем звезды этого класса с земли с помощью гораздо меньшего количества наблюдений, кроме того, между измерениями часто возникают большие перерывы, и поэтому не удается зафиксировать некоторые быстрые изменения».
Сравнение данных с Fermi и BRITE показало, что вспышки света достигают своего максимума в диапазоне гамма-излучения за несколько часов до наибольшей яркости в видимой области спектра. То есть гамма-излучение от ударных волн вызывает последующее свечение в видимом диапазоне. Ученым также удалось зафиксировать рентгеновское излучение этой звездной системы с помощью космического телескопа NuSTAR, но гамма-лучи намного превосходили его по интенсивности. Вероятно, большая часть высокоэнергетического рентгеновского излучения поглощается и переизлучается в более низких энергиях, в конечном итоге оставляя только свечение видимого диапазона.
Кроме того, с помощью Большого южноафриканского телескопа SALT были получены оптические спектры высокого разрешения этого уникального объекта: «Дело в том, что звездная система расположена на Южном небе и никаким образом не может наблюдаться телескопами, расположенными в Северном полушарии, в том числе и на территории России. Только небольшая часть информации, которая содержится в этих спектрах, приведена в данной статье, но мы готовим отдельную публикацию. Как астроном, занимающийся в основном оптической спектроскопией, я был вовлечен в получение данных спектров и их спектральную обработку и анализ», — сообщил руководитель проекта по гранту РНФ Юрий Балега, доктор физико-математических наук, вице-президент РАН, научный руководитель Специальной астрофизической обсерватории РАН (Нижний Архыз, Карачаево-Черкесская Республика).
Теперь с помощью ударных волн стало возможным объяснить мощное излучение, появляющееся в результате слияния звезд или вспышек сверхновых и гораздо более масштабных взрывов, например поглощения звезд черными дырами.