RW Space

В течение 50 лет астрономы с недоумением наблюдали, как гигантская звезда мерцает мощным и беспорядочным рентгеновским излучением.

Теперь у нас наконец-то есть достаточно подробные наблюдения, чтобы подтвердить давние подозрения. Рентгеновское излучение массивной голубой звезды гамма Кассиопея (γ Cas) исходит вовсе не от звезды, а от крошечного невидимого белого карлика, который перекачивает материал из своего более крупного компаньона, нагревая его до экстремальных температур при падении.

«Многие исследовательские группы предпринимали интенсивные усилия по разгадке тайны γ Cas на протяжении многих десятилетий», — говорит астрофизик Яэль Назе из Льежского университета в Бельгии. «И теперь, благодаря высокоточным наблюдениям XRISM, мы наконец сделали это».

Система γ Cas на самом деле состоит из нескольких звезд, заключённых в замысловатом орбитальном танце, примерно в 550 световых годах от нас, в среднем пике буквы «W» в созвездии Кассиопеи. Самая большая и яркая звезда в этой системе — сине-белая звезда Be-типа, масса которой примерно в 15 раз превышает массу Солнца. Фактически, первая Be-звезда была обнаружена еще в 1866 году.

Таким образом, это образец своего спектрального класса, но в последние десятилетия появились некоторые загадочные проявления. Помехи от атмосферы Земли означают, что мы не можем видеть рентгеновские лучи звезд, поэтому только когда мы запустили обсерватории на околоземную орбиту в 1970-х годах, астрономы увидели странное высокоэнергетическое рентгеновское излучение от γ Cas.

Это излучение было в 40 раз ярче, чем ожидалось для звезды этого класса, и дальнейший анализ показал, что оно исходило из плазмы, перегретой до температур до 150 миллионов. кельвинов.

Механизм, вызывающий это нагревание, в конечном итоге сводился к двум конкурирующим теориям.

«Было предложено несколько сценариев для объяснения этого излучения», — говорит Назе. «Один из них связан с локальным магнитным пересоединением между поверхностью звезды Be и ее диском. Другие предполагали, что рентгеновские лучи связаны с компаньоном, будь то звезда, лишенная своих внешних слоев, нейтронная звезда или аккрецирующий белый карлик».

Теперь найти крошечного спутника большой звезды чрезвычайно сложно, а γ Cas особенно проблематичен. Она очень большая, очень горячая и очень яркая – не только видимая невооруженным глазом, но и достаточно заметная, чтобы стать ключевой звездой в главном созвездии.

Белые карлики, напротив, крошечные, размером примерно с Землю, и невидимы невооруженным глазом. Белый карлик на достаточно близкой орбите со звездой Be, чтобы излучать свет, который, по-видимому, исходит от звезды Be, не будет легко различим.

Для этой задачи требуется рентгеновский телескоп, достаточно мощный, чтобы отслеживать высокоэнергетическое излучение в соответствии с орбитальным временем – и именно здесь в игру вступает совместная миссия по рентгеновскому изображению и спектроскопии JAXA-ESA-NASA (XRISM).

Исследователи использовали спутник для наблюдения за γ Cas в декабре 2024 года, а также в феврале и июне 2025 года. Данные показали, что рентгеновская сигнатура следовала орбитальному шаблону с периодом около 203 дней.

«Спектры показали, что признаки высокотемпературной плазмы меняют скорость между тремя наблюдениями, следуя за орбитальным движением белого карлика, а не за движением звезды Be», — говорит Назе.

«Этот сдвиг был измерен с высокой статистической надежностью. по сути, это первое прямое свидетельство того, что сверхгорячая плазма, ответственная за рентгеновское излучение, связана с компактным компаньоном, а не с самой Ве-звездой».

Анализ рентгеновского излучения также показывает, что виновником является белый карлик с магнитным полем. Пока две звезды вращаются вокруг друг друга, гравитация, создаваемая плотным белым карликом, высасывает материал из пухлого компаньона Be. Этот материал направляется вдоль силовых линий магнитного поля белого карлика к его полюсам, где он нагревается, падая на атмосферу белого карлика.

Это действительно интересно, поскольку подтверждает давно предсказанный тип звездной двойной системы – пару Be-белый карлик. На первый взгляд такая система выглядит странной парой. Ожидается, что звезда с массой около 15 Солнц проживет всего около 10 миллионов лет (для контекста: возраст Солнца около 4,6 миллиардов лет), что предполагает, что более крупная звезда довольно молода.

Ее спутник, вероятно, имеет гораздо более древние корни. Белый карлик — это сверхплотное мертвое ядро ​​звезды, масса которой составляла примерно восемь Солнц, прежде чем она выбросила большую часть своего материала; продолжительность жизни таких звезд составляет несколько миллиардов лет.

Однако ученые уже давно полагают, что пары Be-белых карликов могут быть частью эволюции системы, которая когда-то была более сбалансированной.

По теме: Сверхредкая звездная система — это гигантская космическая катастрофа, ожидающая своего часа

Согласно моделям, если бы двойная система состояла из двух крупных звезд, одна из которых немного больше, более крупная могла бы достичь конца продолжительность ее жизни увеличивается раньше, раздуваясь до такой степени, что меньшая звезда-компаньон может гравитационно поглотить часть ее массы.

В конце концов, меньшая звезда вырастет и станет Ве-звездой, а то, что осталось от более крупной, коллапсирует в белого карлика, масса которого в 1,4 раза превышает массу Солнца.

Намеки на этот тип двойной звезды были замечены и раньше, но – что, возможно, вполне соответствует ее статусу модели Ве-звезды – γ Cas подтверждает это, давая ученым новый инструмент для интерпретации других подобных сигналов вокруг других Ве-звезд.

«Мы считаем, что ключом является понимание того, как именно происходят взаимодействия между двумя звездами», — говорит Назе. «Теперь, когда мы знаем истинную природу гамма-Cas, мы можем создавать модели специально для этого класса звездных систем и соответствующим образом обновлять наше понимание бинарной эволюции».

Открытие было опубликовано в журнале Astronomy & Astrophysicals.