Микроновая: доселе неизвестный тип звездного взрыва проливает свет на жизнь и смерть звезд

Звезды не статичны. Они не только являются местом высокоэнергетических реакций, но и в течение своей долгой жизни меняют размер и внешний вид: от массивного скопления газа в конце своей бурной жизни до взрывной смерти (сверхновой) или исчезновения. Но была обнаружена новая фаза. Впервые астрономы обнаружили микроновую звезду. Считается, что Микронова является результатом взрыва на поверхности некоторых звезд - в миллион раз менее мощного, чем классический взрыв новой звезды, и меньшего по размеру, длящегося всего несколько часов. Поэтому микроновые труднее обнаружить, но их может быть очень много. Мини-взрывы, в результате которых они происходят, помогут углубить наше понимание жизненного цикла звезд и того, как происходят звездные извержения.

Звезды рождаются в результате конденсации газа в туманностях. Те из них, которые достаточно массивны, чтобы инициировать и поддерживать термоядерные реакции, затем светятся за счет слияния гелия и водорода. Их дальнейшая история определяется их массой. Проще говоря, чем больше звезда, тем короче ее жизнь. Таким образом, звезда массой с Солнце примерно через десять миллиардов лет становится крайне нестабильным красным гигантом, а затем теряет большую часть своей массы, образуя тусклый белый карлик.

Через несколько миллионов лет самые массивные звезды становятся сверхгигантами, которые превращаются в сверхновые, остатки которых дают начало нейтронной звезде или черной дыре. Эти чрезвычайно жестокие события происходят редко. За исключением сверхновой, наблюдавшейся в 1987 году в карликовой галактике неподалеку от нас, в нашей галактике, насколько нам известно, с начала развития современной астрономии не происходило ни одной сверхновой.

Однако, прежде чем достичь этого окончательного взрыва, белые карлики переживают так называемые классические взрывы. Это звездная фаза, вызванная мощным взрывом, который может произойти в бинарных звездных системах, состоящих из двух звезд, вращающихся вокруг общего центра тяжести. В таких системах более массивный партнер может "украсть" вещество, в основном водород, у своей звезды-компаньона. Это известно как звезда-каннибал. Когда этот газ падает на очень горячую поверхность звезды-карлика, происходит взрывное слияние атомов водорода в гелий. В новообразованиях эти термоядерные взрывы происходят на всей поверхности звезды, но не разрушают ее. Классические новообразования проявляются как вспышки интенсивного света, которые можно обнаружить на Земле с помощью современных телескопов; эти вспышки могут сохраняться в течение недель или месяцев.

Недавно группа астрономов из Даремского университета с помощью Очень большого телескопа Европейской южной обсерватории (ESO VLT), расположенного в пустыне Атакама на севере Чили, наблюдала явление, напоминающее классическую новую звезду, только меньшего размера. Более короткий, меньший, более неуловимый взрыв, который они назвали микроновой. Открытие описано в журнале Nature.

Локализованные и кратковременные взрывы в созвездии Голубя

Исследователи под руководством Симоне Скаринги из Центра внегалактической астрономии Даремского университета изучили данные спутника НАСА Transiting Exoplanet Survey Satellite, TESS. TESS используется для поиска планет вокруг других звезд, внимательно изучая свет этих звезд, где провалы в яркости могут быть вызваны другими планетами, пролетающими мимо.

В частности, команда сосредоточилась на бинарной системе Gamma Columbae (γ Col/γ Columbae) в южном созвездии Голубя. Эта система состоит из белого карлика и звезды-компаньона, видимой невооруженным глазом как 6-я ярчайшая звезда в созвездии.

Затем они обнаружили гораздо более короткую и менее интенсивную вспышку от бинарной системы, которая длилась всего 10 часов, прежде чем угаснуть. После этого наблюдения команда обнаружила еще две похожие вспышки и четвертую, полученную в ходе предыдущих исследований. Астрономы предположили, что это были гораздо более слабые версии классических новаций, но они не могли объяснить, как и почему. Ведущий автор Скаринги объясняет в своем заявлении: "Мы не могли объяснить это, пока, наконец, не пришли к выводу, что это могут быть термоядерные взрывы, происходящие на аккрецирующих белых карликах".

Действительно, ученые считают, что классические микроновые и новые звезды возникают только в бинарных системах, где самая массивная звезда-каннибал - белый карлик. Скаринги говорит: "В классических новообразованиях аккрецирующий белый карлик создает слой свежего водорода, который покрывает всю звезду. Как только этот слой достигает достаточно высоких температур и давления, весь слой воспламеняется. Однако компьютерные модели, созданные исследователями, показали, что во время микроновых аккреция водорода, вероятно, происходит только вокруг магнитных полюсов звезды".

Действительно, обычно происходит то, что белый карлик притягивает достаточно материала от своего компаньона для роста. И когда она достигает критической массы, она обрушивается на саму себя, вызывая имплозию термоядерной сверхновой. Но в созвездии Голубя все обстоит иначе. Звезда действительно накапливает материал от своего компаньона, но вместо того, чтобы продолжать накапливать массу, пока она не превысит предел, она производит меньшие взрывы на своей поверхности, которые команда назвала "микроновыми". Это был настоящий сюрприз, — говорит Скаринги, — подобные взрывы не происходят на белых карликах, и нам потребовался целый год, чтобы понять, что это такое.

Это открытие поднимает вопрос о том, почему этот белый карлик не сгорает полностью. Ограниченная аккреция означает, что микроновой требуется гораздо меньше водорода для достижения температуры и давления, необходимых для детонации. По этой причине взрывы намного меньше, чем у обычных новых звезд, и длятся меньше времени. Изначально исследователи были озадачены вопросом, почему аккрецирующие белые карлики, которые производят микроновы, собирают водород только на своих полюсах. Но теперь они подозревают, что такая аккреция определяется силой магнитных полей звезд.

По мнению авторов, это может быть связано с водородным синтезом. В классической сверхновой водород поступает от компаньона: он притягивается к белому карлику, затем, достигнув чрезвычайно горячей поверхности, атомы возбуждаются, сплавляются с образованием гелия и взрываются. Но некоторые белые карлики действуют иначе: сила их магнитного поля направляет водород к магнитным полюсам, как будто атомы проходят через воронку, чтобы собраться в одной точке. Таким образом, от взрывов пострадали только эти районы. Вместо того чтобы полностью сгореть, звезда претерпевает лишь несколько "мини" термоядерных взрывов.

Однако большинство белых карликов имеют гораздо меньшие магнитные поля, чем требуется для таких микровзрывов, и поэтому производят только классические новообразования. Несмотря на эти ограничения, микроновые бросают вызов пониманию астрономами звездных взрывов и могут быть более многочисленными, чем считалось ранее. Скаринги объясняет: "Это показывает, насколько динамична Вселенная. На самом деле такие события могут происходить довольно часто, но поскольку они происходят так быстро, их трудно запечатлеть в действии".

Наконец, хотя эти типы звездных взрывов (взрывы микроновой) имеют мощность примерно в одну миллионную часть от взрыва новой звезды, термин "микро" не должен вводить нас в заблуждение. Это не маленькие события: один такой взрыв может сжечь около 20 триллионов кг материала, или около 3,5 миллиарда Великих пирамид Гизы, по словам авторов.