Ученые обнаружили новый класс остатков сверхновых, состоящий из двух объектов. Половинку его первого известного представителя назвали в честь волшебника из «Властелина колец» Гэндальфа.
Новый класс двойных объектов
Приблизительно через 5–8 миллиардов лет наше Солнце, как ожидается, превратится в белого карлика — чрезвычайно плотный остаток звезды размером с Землю, который исчерпал свое топливо и сбросил внешний слой. Но хотя наша звезда является одиночной, исследования последних 15 лет показали, что двойные или многозвездные системы гораздо более распространены, чем ранее полагали астрономы.
Когда плотный и компактный остаток, такой как белый карлик, входит в состав двойной системы, он часто вырывает вещество из своей сопутствующей звезды. Этот процесс, называемый аккрецией, обычно сопровождается излучением рентгеновских лучей, что считается «характерным» сигналом.
Теперь ученые из группы Иларии Каяццо, доцента Австрийского института науки и технологий (ISTA), подтвердили обнаружение рентгеновского сигнала не в одном, а в двух изолированных объектах, названных «Гэндальф» и «Размером с Луну». Оба они обладают высокой магнитной активностью и быстро вращаются. Их называют «остатками слияния», поскольку каждый из них образовался в результате бурного космического столкновения. Поскольку эти объекты излучают рентгеновское излучение без наличия спутника, теперь их рассматривают как новый самостоятельный класс.
«Гэндальф» — властелин полуколец?
«Гэндальф» — это не совсем новое открытие. Каяццо впервые заметила его во время своих постдокторских исследований и классифицировала как интересный объект из-за сигналов, указывающих на наличие материи вокруг него. Сначала ученые думали, что это двойная система, однако быстрый период обращения объекта указывал на его загадочные особенности.
«Если бы «Гэндальф» был частью двойной системы, он был бы очень несинхронизирован, что могло бы сделать его еще более загадочным, чем он сейчас. Но мы так и не нашли спутника. Так откуда берется околозвездный материал?» — говорит Андрей Кристеа, аспирант группы Каяццо.
Чтобы найти ответ на этот вопрос, команда воспользовалась подсказкой, полученной из оптических спектров излучения — широко применяемого в астрономии метода наблюдения.
«Мы увидели спектры излучения водорода, имевшие двойной пик, похожий на кошачьи уши, — говорит Кристеа. — Обычно такой признак указывает на наличие диска из вещества, окружающего остаток слияния. Однако, более подробно исследовав сигнал, мы поняли, что он чередовался между двумя пиками в течение шестиминутного периода вращения остатка».
Это интересное наблюдение подтвердило наличие полукольца вещества, окружающего звезду. «Мы никогда раньше не видели ничего подобного ни у одного белого карлика», — добавляет Кристеа. Далее команда доказывала, что для того, чтобы вещество, окружающее остаток слияния, было асимметрично удерживаемое в форме полукольца, объект должен иметь сильное и асимметричное магнитное поле.
Таким образом астрономы доказали, что «Гэндальф» является одним из двух известных остатков слияния белых карликов, обладающих асимметричной намагниченностью. Все эти загадочные обстоятельства побудили Кристеа назвать этот звездный объект в честь знаменитого героя романов Дж. Р. Р. Толкина, любящего говорить загадками.
«Размером с Луну» — это более развитый двойник «Гэндальфа»?
Хотя команда и не нашла спутника для «Гэндальфа», у него все же может быть двойник в совсем другой части Вселенной.
Когда в 2021 году Каяццо опубликовала свое открытие белого карлика, которого она назвала «Размером с Луну», оказалось, что этот звездный объект обладает целым рядом уникальных свойств. Помимо чрезвычайно сильного магнитного поля и быстрого вращения, он имеет массу, сопоставимую с солнечной, при размерах, сравнимых с Луной — или даже несколько больше, как показывают новые данные исследования под руководством Аюша Десаи, другого аспиранта из группы Каяццо.
Астрономы ISTA обнаружили, что «Размером с Луну» и «Гендальф» обладают пятью общими характеристиками. Оба этих объекта чрезвычайно массивны, имеют сильное магнитное поле, быстро вращаются, не имеют спутников и излучают рентгеновское излучение. Именно эта совокупность признаков побудила исследователей ISTA предложить «Гэндальфа» и «Размером с Луну» в качестве первых представителей нового класса остатков.
Однако эти два объекта также имеют существенные различия: в отличие от «Гэндальфа», «Размером с Луну» не имеет признаков наличия окружающего материала. Кроме того, если «Гэндальф» является результатом столкновения, произошедшего 60–70 млн лет назад, то «Размером с Луну» в 7–8 раз старше, поскольку его слияние произошло примерно 500 млн лет назад.
Три сценария относительно источника рентгеновского излучения
Команда ученых предлагает несколько сценариев для объяснения своих выводов, в частности относительно источника рентгеновского излучения.
Согласно первому сценарию, сильно намагниченная звезда могла вращаться достаточно быстро, чтобы генерировать мощную силу, вытягивающую из нее вещество. «Это мой любимый сценарий, поскольку он учитывает только саму белую карликовую звезду, а не вещество, поступающее извне от остатка звезды», — говорит Десаи. По словам команды, этот так называемый сценарий утечки известен по сильно намагниченным нейтронным звездам, которые называются пульсарами, хотя он никогда не моделировался для остатка белой карликовой звезды.
В своем втором сценарии — на этот раз предполагающем приток вещества — они выдвигают гипотезу, что остаточный шлейф вещества, образовавшийся в результате слияния, мог не полностью аккрецироваться на остаток звезды после взрыва. Вращаясь вокруг остатка слияния с высокой эксцентричностью — то есть удаляясь по большой орбите, далеко от звезды, прежде чем вернуться ближе, — этот след мог «вернуться» к остатку в течение сотен миллионов лет.
В своем третьем сценарии команда исследует еще один источник поступления внешнего материала. «Мы знаем, что треть белых карликов является «загрязненной», — говорит Десаи. — Они настолько плотные, что мы ожидали, что внешняя материя, такая как астероиды или даже раскаленные планетарные тела, упадет на них». Хотя «Гэндальф» демонстрирует некоторые признаки загрязнения, возможно, из-за материалов, богатых углеродом или кремнием, команда не обнаружила таких сигналов от значительно более старого объекта «Размером с Луну». «Этот сценарий кажется менее вероятным, поскольку он не полностью объясняет, почему мы сейчас видим рентгеновское излучение в обоих объектах», — объясняет Десаи.
По материалам phys.org
