Астрономи вперше "побачили" вибух зірки в деталях
Астрономи вперше отримали детальні зображення двох спалахів нових - вибухів на поверхні зірок - у лічені дні після їхнього початку і простежили, як змінюється структура викидів речовини.
Результати показали: ці явища набагато складніші, ніж вважалося, з кількома потоками викинутого газу і, в деяких випадках, помітною затримкою в "скиданні" оболонки.
Міжнародна команда використовувала метод інтерферометрії на масиві CHARA (Center for High Angular Resolution Astronomy) у Каліфорнії. Об'єднуючи світло від кількох телескопів, астрономи домоглися надвисокої кутової роздільної здатності, достатньої, щоб не просто фіксувати спалах як крапку, а буквально "розгледіти" форму й еволюцію вибуху.
"Ці зображення дають нам великий план того, як речовина вилітає від зірки під час вибуху", - каже Гейл Шефер, директор масиву CHARA при Університеті штату Джорджія. За її словами, такі короткочасні події вимагають гнучкого планування нічних спостережень, щоб встигнути зловити нові об'єкти.
Як вибухає нова зірка
Нова виникає, коли білий карлик - щільне зоряне "ядро" - накопичує речовину із зірки-супутника і запускає на своїй поверхні неконтрольовану термоядерну реакцію. До останнього часу астрономи могли судити про ранні стадії таких вибухів тільки побічно: оболонка, що розширюється, виглядала в телескоп як одне невирішене джерело світла.
Розуміння того, як саме викидається і стикається речовина, важливе для пояснення ударних хвиль у нових. Саме вони, як показали дані космічного телескопа Fermi, стають джерелом гамма-випромінювання високої енергії. За перші 15 років роботи Fermi-LAT виявив GeV-випромінювання у понад 20 нових, зробивши їх важливими галактичними гамма-джерелами і потенційними об'єктами мульти-месенджерної астрономії.
Дві різні нові - два сценарії вибуху
У новій роботі, опублікованій у Nature Astronomy, вчені вивчили два спалахи, що сталися 2021 року.
Nova V1674 Herculis стала однією з найшвидших відомих нових: вона яскраво спалахнула і швидко згасла всього за кілька днів.
На ранніх зображеннях, отриманих на CHARA всього за 2,2 і 3,2 доби після спалаху, команда побачила два перпендикулярні потоки газу - ознака того, що вибух підживлюється кількома взаємодіючими викидами.
Примітно, що поява цих нових потоків збіглася за часом із реєстрацією гамма-променів космічним телескопом Fermi. Це безпосередньо пов'язує ударно-пов'язані процеси із зіткненням різних потоків викинутої речовини.
Другий спалах, Nova V1405 Cassiopeiae, розвивався значно повільніше. Несподівано виявилося, що зірка утримувала зовнішні шари понад 50 днів, перш ніж остаточно скинути їх. Це перше настільки ясне спостереження відкладеного викиду оболонки. Коли речовина все-таки була викинута, знову утворилися ударні хвилі, що супроводжувалися гамма-випромінюванням, зафіксованим Fermi.
"Ці спостереження дозволяють нам спостерігати вибух зірки в реальному часі, - зазначає провідний автор роботи Еліас Айді з Техаського технологічного університету. - Замість простого спалаху світла ми бачимо всю складність процесу. Це як перейти від зернистої чорно-білої фотографії до відео високої чіткості".
Інтерферометрія і прихована структура вибуху
Можливість розглянути такі тонкі деталі стала можливою завдяки інтерферометрії - тій самій методиці, за допомогою якої вдалося вперше отримати зображення чорної діри в центрі нашої галактики.
Роздільні зображення з CHARA доповнили спектри, отримані на великих обсерваторіях, зокрема на телескопах Gemini. Спектральні дані показали, як з часом змінюється "відбиток" викинутого газу. Поява нових компонентів у спектрі збігалася з виникненням структур на інтерферометричних знімках, даючи сильне підтвердження картини течії і зіткнення потоків.
"Це величезний крок уперед, - каже співавтор роботи, професор Університету Мічигану і фахівець з інтерферометричних методів Джон Монньє. - Той факт, що ми тепер можемо спостерігати вибух зірки й одразу бачити структуру речовини, що викидається, воістину дивовижний. Це відкриває нове вікно у вивчення найдраматичніших подій у Всесвіті".
Що це означає для фізики зірок
Результати не тільки показують несподівану складність нових, а й допомагають пояснити походження потужних ударних хвиль, що виробляють гамма-випромінювання. За словами професора Лаури Хоміук з Університету штату Мічиган, ще однієї співавторки роботи, нови - це "більше, ніж просто феєрверки в нашій галактиці":
"Це лабораторії екстремальної фізики. Коли ми бачимо, як і коли викидається речовина, ми можемо пов'язати воєдино термоядерні реакції на поверхні білого карлика, геометрію викиду і високоенергетичне випромінювання, яке фіксуємо з космосу".
Нові дані ставлять під сумнів давнє уявлення про спалах нової як про один короткий імпульс. Замість цього вони вказують на різноманітність сценаріїв викиду - від множинних потоків до затриманого скидання оболонки, - що змінює наше розуміння цих космічних вибухів.
"Це тільки початок, - підкреслює Айді. - У міру накопичення подібних спостережень ми зможемо нарешті відповідати на великі запитання про те, як живуть і вмирають зірки, і як вони впливають на своє оточення. Нови, які раніше здавалися простими спалахами, виявляються набагато багатшими і цікавішими, ніж ми думали".