Ученые случайно открыли новый класс космических взрывов, в 100 раз ярче Солнца

Фото из открытых источников

Множество взрывающихся звезд также умеют производить взрывы высокоэнергетического света. Теперь, благодаря случайному открытию, ученые знают о совершенно новом взрывном звездном источнике рентгеновского излучения. Световой поток этих вспышек не был похож ни на один предыдущий космический взрыв. Ученые назвали их миллиновыми, поскольку их пиковая яркость примерно в тысячу раз ниже, чем у классических новых. Исследование было опубликовано в журнале Astrophysical Journal Letters.

В новом исследовании астрономы обнаружили 28 миллиновых в Большом Магеллановом Облаке (БМО) и Малом Магеллановом Облаке (ММО), двух галактиках-спутниках Млечного Пути. Затем они обнаружили, что первый из этих взрывов, возможно, был замечен восемь лет назад, но не был идентифицирован.

Хотя ученые не совсем понимают, как эти события генерируют рентгеновские лучи, они полагают, что миллиновые возникают, когда мертвые остаточные звезды, называемые белыми карликами, питаются раздувшейся звездой-компаньоном.

«Мы наткнулись на группу вспыхивающих переменных звезд, демонстрирующих очень характерные треугольные симметричные вспышки, которые не напоминали ни одну из ранее известных переменных звезд», — рассказал Прземек Мруз из Варшавского университета. «Мы обнаружили эту новую группу звезд случайно».

Группа ученых изучала данные эксперимента по оптическому гравитационному линзированию (OGLE) за 20 лет на предмет длительных, искривляющих свет «событий гравитационного микролинзирования», которые могли бы указывать на присутствие черных дыр, оставшихся после Большого взрыва — так называемых «первичных черных дыр» — в гало темной материи, окружающем Млечный Путь.

«В течение последних месяцев я работал над проектом, направленным на поиск признаков существования массивных первичных черных дыр в гало темной материи Млечного Пути», — сказал Мроз. «Мы ничего не нашли, что показало, что такие массивные черные дыры могут составлять менее нескольких процентов темной материи».

Данные OGLE выявили несколько объектов в БМО и ММО, которые стали ярче в 10-20 раз в течение нескольких месяцев. Некоторые даже показали повторные взрывные вспышки с частотой раз в несколько лет, в то время как другие взорвались только один раз за период наблюдения.

В частности, один из них, обозначенный как OGLE-mNOVA-11, извергнувшийся в конце прошлого года, позволил команде провести детальное исследование этих объектов.

«В ноябре 2023 года один из объектов вошел в состояние вспышки, поэтому мы решили провести дополнительные наблюдения, чтобы изучить его более подробно», — сказал Мроз. «Мы получили набор оптических спектров с помощью телескопа Southern African Large Telescope (SALT). Мы обнаружили линии излучения от ионизированных атомов гелия, углерода и азота, что указывает на чрезвычайно высокие температуры».

Мроз добавил, что исследователи также наблюдали этот объект с помощью обсерватории Нила Герелса Свифта НАСА, которая обнаружила мягкие рентгеновские лучи, исходящие от источника. Команда предположила, что эти рентгеновские лучи были произведены газом, нагретым до температуры более 600 000 градусов по Цельсию.

Это примерно в три раза горячее, чем самая горячая известная звезда во Вселенной, WR 102, и в 100 раз горячее температуры поверхности Солнца. Если бы OGLE-mNOVA-1 произошел в нашей солнечной системе, он был бы в 100 раз ярче Солнца с нашей точки зрения.

Эти 28 событий напоминали странный и до сих пор, казалось бы, уникальный космический взрыв под названием ASASSN-16oh, который был обнаружен в 2016 году Автоматизированным обзором сверхновых звезд всего неба и который, по мнению команды, теперь был миллиновой.

«Мы считаем, что OGLE-mNOVA-11, ASASSN-16oh и другие 27 объектов образуют новый класс транзиентных рентгеновских источников», — сказал Мроз. «Мы назвали их миллиновыми, поскольку их пиковая яркость примерно в тысячу раз ниже, чем у классических новых».

Так что же такое миллиновы, как они образуются и что их отличает?

Несмотря на отсутствие сходства между классическими новыми и карликовыми новыми, белые карлики, по-видимому, стоят за загадкой миллиновых.

Эти звездные остатки создаются, когда звезды с массой, подобной солнечной, исчерпывают свое топливо для ядерного синтеза, процесса, который преобразует водород в гелий в их ядрах. По мере того, как ядерный синтез продолжается во внешних слоях звезды, она раздувается как так называемый «субгигант» или «красный гигант».

В отличие от более массивных звезд, чья огромная гравитация приводит к образованию нейтронных звезд или черных дыр после смерти, звезды, подобные Солнцу, заканчивают свою жизнь как тлеющие белые карлики — сверхплотные объекты, конечно, но не такого же уровня.

Хотя это мирная смерть для одиночных звезд, таких как Солнце, у многих звезд есть двойные партнеры, которые могут предоставить им хотя бы временное воскрешение. Это потому, что некоторые двойные достаточно близки для того, чтобы белый карлик начал вытягивать материал из своих компаньонов, заставляя их возвращаться к жизни.

В других случаях звезда и белый карлик не находятся достаточно близко друг к другу, чтобы инициировать этот перенос массы, пока звезда-компаньон не раздуется до размеров красного гиганта и не заполнит свою половину воображаемой восьмерки, или «полости Роша».

Белые карлики, получающие звездный материал таким образом, уже известны как ответственные за различные события новых звезд. Наиболее известными из них являются сверхновые типа Ia , в которых белый карлик уничтожается в неконтролируемом термоядерном взрыве после того, как украденный звездный материал накапливается на его поверхности (хотя есть редкие события, называемые сверхновыми типа Iax, в которых белый карлик продолжает жить как разрушенная зомби-звезда).

Однако команда обнаружила, что оптические световые и рентгеновские свойства OGLE-mNOVA-11 на самом деле не соответствуют свойствам «классических» новых или сверхновых типа Ia, созданных термоядерным взрывом белого карлика, когда звездный материал выбрасывается на его поверхность со звезды-компаньона. Они также отличались от характеристик «карликовых новых», которые возникают при схожих обстоятельствах, но слабее и менее разрушительны и, таким образом, могут повторяться.

«Мы считаем, что миллиновые — это двойные звездные системы, состоящие из белого карлика и субгиганта, звезды, которая исчерпала водород в своем ядре и расширилась», — сказал Мроз. «Эти две звезды вращаются вокруг друг друга с периодом всего в несколько дней. Их близость позволяет материалу перетекать от субгиганта к белому карлику».

Исследователь из Варшавского университета добавил, что, хотя в настоящее время неясно, как генерируется рентгеновское излучение миллиновых, у него и его команды есть две первоначальные идеи, над которыми можно работать.

«Согласно одной из гипотез, рентгеновские лучи могут возникать в поясе вокруг экватора белого карлика, где газ из субгиганта попадает на поверхность белого карлика», — пояснил Мроз. «В качестве альтернативы, рентгеновские лучи могут исходить от слабого термоядерного убегания на поверхности белого карлика, вызванного падением вещества на белый карлик. Взрыв настолько слаб, что из белого карлика выбрасывается мало или совсем не выбрасывается материя».

Если это так, белый карлик должен расти в массе, что может означать, что в конечном итоге он взорвется в более мощную сверхновую типа Ia. Таким образом, миллиновы могут быть «прародителями» типа Ia — захватывающее развитие, если это правда.

Сверхновые типа Ia невероятно полезны для астрономов, поскольку их равномерный световой поток позволяет использовать их в качестве «стандартных свечей» для определения космических расстояний. Получение информации о том, когда и где сверхновая типа Ia собирается взорваться через миллинову, поможет лучше понять эти события.

Мроз объяснил, что будет дальше с расследованием миллиновых.

«Мы будем следить за яркостью всех 29 объектов в режиме реального времени и ждать начала следующего всплеска», — заключил он. «Мы также планируем провести больше последующих наблюдений, чтобы лучше понять физические процессы, ответственные за эти всплески».