Зонд Ейнштейна за допомогою свого інноваційного рентгенівського телескопа типу лобстера зафіксував надзвичайно рідкісну небесну подію — яскравий рентгенівський спалах із системи, де білий карлик і масивна зірка Be обертаються в складному танці зіркової еволюції. Вчені давно підозрювали, що такі системи існують, але це перший випадок, коли спостерігали таку з моменту її першого спалаху. Відкриття дає важливі підказки про те, як масивні зірки переносять матеріал, вибухають і еволюціонують, проливаючи нове світло на космічні сили, що формують наш Всесвіт.
Супутник Lobster-Eye зафіксував рідкісний рентгенівський спалах
Супутник «Зонд Ейнштейна», оснащений інноваційним рентгенівським телескопом «око лобстера», виявив рідкісний і швидкоплинний рентгенівський спалах від невловимого небесного дуету. Це відкриття пропонує новий спосіб вивчення того, як масивні зірки взаємодіють і еволюціонують, підкреслюючи здатність супутника виявляти короткоживучі джерела рентгенівського випромінювання в космосі.
Незвичайна пара складається з великої гарячої зірки — більш ніж у десять разів більшої за наше Сонце — і маленького, але неймовірно щільного білого карлика з масою, порівнянною з Сонцем. Було ідентифіковано лише кілька таких систем, і це перший випадок, коли вченим вдалося відстежити рентгенівське випромінювання одного з цих рідкісних дуетів, зафіксувавши його еволюцію від початкового спалаху до поступового згасання.
Раптовий рентгенівський сигнал
27 травня 2024 року рентгенівський телескоп широкого поля (WXT) на зонді Ейнштейна виявив рентгенівське випромінювання, що надходить від Малої Магелланової Хмари (SMC), сусідньої галактики. Щоб визначити джерело цього нововиявленого небесного маяка, позначеного як EP J0052, вчені звернули рентгенівський телескоп Einstein Probe до об’єкта.
Це відкриття також спровокувало подальші спостереження за допомогою рентгенівських телескопів NASA Swift і NICER, які швидко зосередилися на джерелі. Телескоп ESA XMM-Newton провів додаткові спостереження через 18 днів, допомогвши астрономам з’ясувати природу цієї рідкісної космічної події.
«Ми шукали швидкоплинні джерела, коли натрапили на цю нову пляму рентгенівського світла в SMC. Ми зрозуміли, що дивимося на щось незвичайне, що може вловити лише зонд Ейнштейна», — каже Алессіо Маріно, докторант Інституту космічних наук (ICE-CSIC), Іспанія, і провідний автор нового дослідження, опублікованого сьогодні.
«Це тому, що серед сучасних телескопів, які спостерігають за рентгенівським небом, WXT є єдиним, який може бачити рентгенівські промені меншої енергії з достатньою чутливістю, щоб уловити нове джерело».
Спочатку вчені вважали, що EP J0052 може бути добре відомим типом подвійної системи, яка світиться в рентгенівських променях. Ці пари складаються з нейтронної зірки, яка поглинає матеріал масивної зірки-компаньйона.
Рідкісна небесна зустріч
Завдяки тому, що зонд Ейнштейна впіймав нове джерело прямо з першого спалаху, вчені змогли проаналізувати пакети даних з різних приладів. Вони перевірили, як світло змінюється в діапазоні довжин рентгенівських хвиль протягом шести днів, і виявили деякі елементи, присутні у вибуховому матеріалі, такі як азот, кисень і неон. Аналіз дав важливі підказки.
«Невдовзі ми зрозуміли, що маємо справу з рідкісним відкриттям дуже невловимої небесної пари», — пояснює Алессіо. «Незвичайний дует складається з масивної зірки, яку ми називаємо зіркою Be, вага якої в 12 разів перевищує Сонце, і зоряного «трупа», відомого як білий карлик , компактного та надщільного об’єкта з масою, подібною до маси нашої зірки».
Дві зірки щільно обертаються одна проти одної, і інтенсивне гравітаційне поле білого карлика відтягує речовину від супутника. Оскільки все більше і більше матеріалу (головним чином водню) випадає на компактний об’єкт, його сильна гравітація стискає його, доки не почнеться ядерний вибух. Це створює яскравий спалах світла в широкому діапазоні довжин хвиль від видимого світла до ультрафіолетових і рентгенівських променів.
Загадкова зоряна пара
На перший погляд, існування цього дуету викликає здивування. Масивні зірки типу Be швидко згоряють завдяки своєму запасу ядерного палива. Їх життя жорстоке і коротке, воно триває близько 20 мільйонів років. Її супутником є (зазвичай) колапсований залишок зірки, схожої на наше Сонце, яка в ізоляції жила б кілька мільярдів років. Оскільки подвійні зірки зазвичай утворюються разом, як може нібито короткоживуча зірка все ще сяяти яскраво, тоді як передбачувана довгоживуча вже померла?
Казка про дві зірки
Вчені вважають, що пара починалася разом, як краще узгоджена подвійна пара, що складається з двох досить великих зірок, у шість і вісім разів масивніших за наше Сонце. Більша зірка раніше вичерпала своє ядерне паливо і почала розширюватися, викидаючи матерію на свого супутника. По-перше, компаньйон втягнув газ у його роздуті зовнішні шари; потім його зовнішні оболонки, що залишилися, викинулися, утворивши оболонку навколо двох зірок, яка згодом стала диском, і нарешті розчинилася.
До кінця цієї драми зірка-компаньйон зросла до 12 разів більша за масу Сонця, тоді як випереджене ядро іншої зруйнувалося, перетворившись на білого карлика з трохи більше однієї сонячної маси. Тепер настала черга білого карлика красти та поглинати матеріал із зовнішніх шарів зірки Be.
Еволюційна таємниця
«Це дослідження дає нам нове уявлення про рідко спостережувану фазу еволюції зірок, яка є результатом складного обміну матеріалом, який мав відбутися між двома зірками», — зауважує Ешлі Краймс, науковий співробітник і рентгенівський астроном з ESA. «Це захоплююче бачити, як взаємодіюча пара масивних зірок може дати такий інтригуючий результат».
Подальше спостереження місії ESA XMM-Newton у напрямку EP J0052 через 18 днів після першого огляду зонда Ейнштейна більше не бачило сигнал. Це встановлює обмеження на тривалість спалаху, показуючи, що він буде відносно коротким.
Тривалість короткого спалаху, а також присутність неону та кисню вказують на досить важкий тип білого карлика, ймовірно, на 20% масивніший за Сонце. Її маса близька до рівня, який називають межею Чандрасекара, вище якого зірка продовжувала б вибухати й ставати ще щільнішою нейтронною зіркою або вибухати як наднова.
Зміна гри для рентгенівської астрономії
«Спалахи від дуету Be-білих карликів було надзвичайно важко вловити, оскільки їх найкраще спостерігати за допомогою рентгенівського випромінювання низької енергії. Поява зонда Ейнштейна пропонує унікальний шанс помітити ці швидкоплинні джерела та перевірити наше розуміння того, як еволюціонують масивні зірки», – зауважує Ерік Кулкерс, науковий співробітник проекту Einstein Probe.
