Астрономы впервые «увидели» взрыв звезды в деталях
Астрономы впервые получили детальные изображения двух вспышек новых — взрывов на поверхности звёзд — в считанные дни после их начала и проследили, как меняется структура выбросов вещества.
Результаты показали: эти явления гораздо сложнее, чем считалось, с несколькими потоками выброшенного газа и, в некоторых случаях, заметной задержкой в «сбросе» оболочки.
Международная команда использовала метод интерферометрии на массиве CHARA (Center for High Angular Resolution Astronomy) в Калифорнии. Объединяя свет от нескольких телескопов, астрономы добились сверхвысокого углового разрешения, достаточного, чтобы не просто фиксировать вспышку как точку, а буквально «разглядеть» форму и эволюцию взрыва.
«Эти изображения дают нам крупный план того, как вещество вылетает от звезды во время взрыва», — говорит Гейл Шефер, директор массива CHARA при Университете штата Джорджия. По её словам, такие кратковременные события требуют гибкого планирования ночных наблюдений, чтобы успеть поймать новые объекты.
Как взрывается новая звезда
Нова возникает, когда белый карлик — плотное звёздное «ядро» — накапливает вещество со звезды-спутника и запускает на своей поверхности неконтролируемую термоядерную реакцию. До последнего времени астрономы могли судить о ранних стадиях таких взрывов только косвенно: расширяющаяся оболочка выглядела в телескоп как один неразрешённый источник света.
Понимание того, как именно выбрасывается и сталкивается вещество, важно для объяснения ударных волн в новых. Именно они, как показали данные космического телескопа Fermi, становятся источником гамма-излучения высокой энергии. За первые 15 лет работы Fermi-LAT обнаружил GeV-излучение более чем у 20 новых, сделав их важными галактическими гамма-источниками и потенциальными объектами мульти-мессенджерной астрономии.
Две разные новые — два сценария взрыва
В новой работе, опубликованной в Nature Astronomy, учёные изучили две вспышки, произошедшие в 2021 году.
Nova V1674 Herculis стала одной из самых быстрых известных новых: она ярко вспыхнула и быстро угасла всего за несколько дней.
На ранних изображениях, полученных на CHARA всего через 2,2 и 3,2 суток после вспышки, команда увидела два перпендикулярных потока газа — признак того, что взрыв подпитывается несколькими взаимодействующими выбросами.
Примечательно, что появление этих новых потоков совпало по времени с регистрацией гамма-лучей космическим телескопом Fermi. Это напрямую связывает ударно-связанные процессы с столкновением разных потоков выброшенного вещества.
Вторая вспышка, Nova V1405 Cassiopeiae, развивалась значительно медленнее. Неожиданно оказалось, что звезда удерживала внешние слои более 50 дней, прежде чем окончательно сбросить их. Это первое столь ясное наблюдение отложенного выброса оболочки. Когда вещество всё-таки было выброшено, вновь образовались ударные волны, сопровождавшиеся гамма-излучением, зафиксированным Fermi.
«Эти наблюдения позволяют нам наблюдать взрыв звезды в реальном времени, — отмечает ведущий автор работы Элиас Айди из Техасского технологического университета. — Вместо простой вспышки света мы видим всю сложность процесса. Это как перейти от зернистой чёрно-белой фотографии к видео в высокой чёткости».
Интерферометрия и скрытая структура взрыва
Возможность рассмотреть такие тонкие детали стала возможной благодаря интерферометрии — той же методике, с помощью которой удалось впервые получить изображение чёрной дыры в центре нашей галактики.
Разрешающие изображения с CHARA дополнили спектры, полученные на крупных обсерваториях, в том числе на телескопах Gemini. Спектральные данные показали, как со временем меняется «отпечаток» выброшенного газа. Появление новых компонентов в спектре совпадало с возникновением структур на интерферометрических снимках, давая сильное подтверждение картины течения и столкновения потоков.
«Это огромный шаг вперёд, — говорит соавтор работы, профессор Университета Мичигана и специалист по интерферометрическим методам Джон Моннье. — Тот факт, что мы теперь можем наблюдать взрыв звезды и сразу видеть структуру выбрасываемого вещества, поистине удивителен. Это открывает новое окно в изучение самых драматичных событий во Вселенной».
Что это значит для физики звёзд
Результаты не только показывают неожиданную сложность новых, но и помогают объяснить происхождение мощных ударных волн, производящих гамма-излучение. По словам профессора Лауры Хомиук из Университета штата Мичиган, ещё одной соавторки работы, новы — это «больше, чем просто фейерверки в нашей галактике»:
«Это лаборатории экстремальной физики. Когда мы видим, как и когда выбрасывается вещество, мы можем связать воедино термоядерные реакции на поверхности белого карлика, геометрию выброса и высокоэнергетическое излучение, которое фиксируем из космоса».
Новые данные ставят под сомнение давнее представление о вспышке новой как об одном кратком импульсе. Вместо этого они указывают на разнообразие сценариев выброса — от множественных потоков до задержанного сброса оболочки, — что меняет наше понимание этих космических взрывов.
«Это только начало, — подчеркивает Айди. — По мере накопления подобных наблюдений мы сможем наконец отвечать на большие вопросы о том, как живут и умирают звёзды, и как они влияют на своё окружение. Новы, которые раньше казались простыми вспышками, оказываются куда более богатыми и интересными, чем мы думали».