Зоря білий карлик може вибухнути як наднова, коли її маса перевищить межу приблизно в 1,4 маси Сонця. Наукова група, до якої входили науковці з Інституту позаземної фізики Макса Планка (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics, MPE) в Ґархінзі та Боннського університету, знайшла подвійну зоряну систему, в якій речовина перетікає на білого карлика від його супутника.
Систему виявили завдяки яскравому, так званому надм’якому рентгенівському випромінюванню (super-soft X-rays), яке виникає через ядерний синтез газу, що накопичився біля поверхні білого карлика. Незвичайність цього джерела полягає в тому, що перетікає і горить гелій, а не водень. Виміряна яскравість свідчить про те, що маса білого карлика зростає повільніше, ніж раніше вважали астрономи. Це може допомогти зрозуміти кількість наднових, спричинених вибухом білих карликів. Результати досліджень оприлюднив журнал Nature.
Білих карликів, що вибухають, вважають не тільки основним джерелом заліза у Всесвіті, вони також є важливим інструментом для космології. Як так звані наднові типу Ia (SN Ia), що усі приблизно однаково яскраві. Це дає змогу астрофізикам точно визначити відстань до галактик, де спалахнула наднова такого типу.
Однак навіть після багатьох років інтенсивних досліджень досі неясно, за яких обставин маса білого карлика може зрости до так званої межі Чандрасекара. Це теоретична верхня межа маси білого карлика, встановлена в 1930 році індійсько-американським астрофізиком і нобелівським лауреатом Субрахманьяном Чандрасекаром (Subrahmanyan Chandrasekhar).
На початку 1990-х надм’які джерела рентгенівського випромінювання зі стабільним горінням водню на їхніх поверхнях виявили як новий клас об’єктів за допомогою космічного телескопа ROSAT. І деякий час їх вважали потенційними кандидатами на попередники SN Ia. Проблема з цими джерелами, однак, полягає в надлишку водню: наднові типу Ia не виявляють жодних слідів водню.
Понад 30 років тому науковці передбачали існування подвійних зоряних систем, в яких білий карлик нарощує масу і стабільно спалює гелій на своїй поверхні, але такі джерела ніколи не спостерігали. Міжнародна наукова група під керівництвом дослідників з Інституту позаземної фізики Макса Планка знайшла джерело рентгенівського випромінювання, в оптичному спектрі якого повністю домінує гелій.
«Надм’яке джерело рентгенівського випромінювання [HP99] 159 відоме з 1990-х років, коли його вперше спостерігали за допомогою ROSAT, а потім за допомогою XMM-Newton і нещодавно за допомогою eROSITA», — пояснив Йохен Ґрейнер (Jochen Greiner), який виконує аналіз цього джерела в MPE. «Тепер ми змогли ідентифікувати його як оптичне джерело у Великій Магеллановій Хмарі. У його спектрі ми виявили головно лінії випромінювання гелію, що походять від акреційного диска».
Однак це не вирішує проблему попередників SN Ia: теоретичні моделі передбачають, що приблизно 2—5% гелію зорі-компаньйона білого карлика буде захоплено вибухом SN Ia та викинуто в навколишнє середовище. Проте таку кількість гелію не знайдено в більшості наднових зір типу Ia, які досі спостерігали астрономи. Існує, однак, підклас з меншою світністю (SN Iax), де вибух слабший, і тому менша кількість гелію «відчуває» його вплив.
Виявлена система [HP99] 159 може породити таку SN Iax згідно з поточними даними, бо вимірювання вказують на те, що неперервне горіння гелію в білих карликах можливе навіть при нижчих темпах акреції, ніж теоретично передбачено. Виміряна світність [HP99] 159 приблизно в десять разів менша, ніж мала би бути при теоретично встановленій (канонічній) швидкості. Натомість виміряна рентгенівська температура точно відповідає очікуваному діапазону для стабільного горіння гелію.
«Спостережувана яскравість рентгенівського випромінювання свідчить про те, що швидке обертання білого карлика стабілізує темп спалювання гелію, що надходить на його поверхню. Це уможливлює вибух наднової в системі», — сказав професор, доктор Норберт Ланґер (Norbert Langer) з Інституту астрономії Аргеландера.
Оскільки попередні вимірювання показують, що яскравість незмінна протягом приблизно 50 років, то швидкість акреції, яка призводить до вибухів, має, мабуть, широкий діапазон значень.
«Зорі без оболонок із водню, такі як зоря-компаньйон, виявлена в системі [HP99] 159, є важливим проміжним кроком у життєвому циклі подвійних зір. Вони мають бути приблизно в 30% таких систем», — сказала Джулія Боденштайнер (Julia Bodensteiner) з Європейської південної обсерваторії, яка вивчає масивні зорі з часу її магістерської роботи в MPE. «Таких зір мало б бути багато, але поки спостерігали лише декілька».
Тепер наукова група сподівається знайти десятки таких джерел у двох Магелланових Хмарах за допомогою eROSITA. Це має дозволити науковцям додатково обмежити умови для попередників SN Ia.
За інф. з сайту https://phys.org підготував Іван Крячко
