Взрывы новых звезд – это вспышки сверхновых в миниатюре

В голливудских блокбастерах взрывы среди звезд являются частыми элементами шоу. В космическом пространстве взрывы фактических звезд находятся в центре внимания исследователей, которые надеются лучше изучить процесс их рождения, жизни и смерти, а также процесс их взаимодействия с окружающей околозвездной средой.

С использованием рентгеновской обсерватории Чандра астрономы провели исследование конкретного взрыва, способного дать представление о динамике гораздо более значительных звездных извержений.

Группа исследователей направила орбитальный телескоп на GK Persei, объект, который в 1901 году произвел сенсацию в астрономическом мире, когда внезапно появилась в небе одна из ярчайших звезд и сияла несколько дней, пока постепенно не угас ее блеск. Сегодня астрономы указывают GK Persei в качестве примера классической новой – вспышки, произведенной термоядерным взрывом белого карлика, плотного остатка подобной Солнцу звезды.

Вспышка новой может возникнуть, когда посредством мощной гравитации белого карлика вещество перетягивается от его орбитальной звезды-компаньона. В том случае, если вещества достаточно, а в основном это водород, оно накапливается на поверхности белой карликовой звезды, при этом могут возникнуть и усилиться реакции ядерного синтеза, завершаясь взрывом водородной бомбы в космических масштабах. Внешние оболочки белого карлика выбрасываются в космос, производя вспышку новой, которая может наблюдаться несколько месяцев или даже несколько лет, поскольку выброшенное вещество расширяется в пространстве далее.

Классические новые могут рассматриваться как версии взрывов сверхновых в миниатюре. Вспышки сверхновых сигнализируют о полном уничтожении звезд и могут быть настолько яркими, что затмевают всю галактику, в которой они расположены. Сверхновые звезды являются чрезвычайно значимыми для космической экологии, так как они выбрасывают в межзвездный газ колоссальное количество энергии и ответственны за рассеивание таких элементов, как кальций, железо и кислород в космосе, где они впоследствии могут войти в состав будущих поколений звезд и планет.

Несмотря на то, что остатки сверхновых звезд являются гораздо более энергетическими и массивными, чем классические новые, действие некоторых фундаментальных физических законов в них одинаково. Оба случая предполагают взрыв и создание ударной волны, которая перемещается со сверхзвуковой скоростью сквозь окружающий газ.

Более скромные значения масс и энергий, связанные с классическими новыми, означают, что их остатки эволюционируют намного быстрее. Это в совокупности с гораздо более высокой частотой их возникновения по сравнению со сверхновыми делает классические новые важными объектами для исследования космических взрывов.

Впервые объект GK Persei был обнаружен обсерваторией Чандра в феврале 2000 года, а затем наблюдался в ноябре 2013 года. Этот 13-летний промежуток предоставил ученым достаточно времени, чтобы заметить выраженные различия в параметрах рентгеновского излучения.

Новое изображение GK Persei содержит рентгеновские данные от Чандра (в синем цвете), оптические данные, полученные от орбитального телескопа Хаббл (желтый цвет), и данные радиодиапазона от наземной обсерватории Сверхбольшая Антенная Решётка (Very Large Array) Национального научного фонда (розовый цвет). Данные в рентгеновском спектре показывают местонахождение горячего газа, а радио-данные регистрируют излучение электронов, ускоренных до высоких энергий посредством ударной волны вспыхнувшей новой звезды. Данные в оптическом диапазоне от Хаббла показывают сгустки материи, выброшенной при взрыве. Природа точечного источника света в нижней левой части изображения неизвестна.

Наблюдения Чандра в указанном промежутке времени показали, что вещество, выброшенное новой, расширяется со скоростью приблизительно 700000 миль в час. Это привело к взрывной волне, переместившейся за данный период на 90 миллиардов миль.

Одно интригующее открытие демонстрирует, как изучение остатков новой звезды может дать важную информацию о среде, окружающей взрыв. Светимость остатка GK Persei в рентгеновском диапазоне сократилась примерно на 40% за эти 13 лет между сеансами наблюдений обсерватории Чандра, тогда как температура газа в остатке, в сущности, осталась неизменной и составляет примерно один миллион градусов по шкале Цельсия. Поскольку ударная волна перемещается от источника далее и вызывает нагрев все большего количества окружающего вещества, температура позади энергетической волны должна уменьшаться. Наблюдаемое угасание и неизменная температура позволяют предположить, что за прошедшие 13 лет волна энергии задела ничтожно малое количество газа в окрестностях звезды. Данный факт означает, что в настоящее время волна распространяется в области со значительно меньшей плотностью, чем ранее, и это дает ключ к характеристикам звездного региона, в котором расположен GK Persei.

Статья с описанием данных результатов исследований появилась в 10-ом мартовском выпуске The Astrophysical Journal. Её авторами являются учёные из японских и американских исследовательских и космических центров.