Бреанна Биндер, научный сотрудник Вашингтонского университета с докторской степенью на кафедре астрономии и лектор Школы STEM в Университете Вашингтона Ботелла, целыми днями размышляет о рентгеновских лучах.
Как она и ее коллеги сообщают в новой статье, опубликованной 12 февраля 2016 года в Ежемесячных уведомлениях Королевского астрономического общества, они недавно разгадали загадку, связанную с рентгеновскими лучами - случай, когда рентгеновские лучи присутствуют, когда они не должно было быть. Необычный главный герой этой загадки - звезда, которая притворяется сверхновой, - иллюстрирует важность того, чтобы оказаться в нужном месте в нужное время.
Так было в мае 2010 года, когда астроном-любитель из Южной Африки направил свой телескоп на NGC300, соседнюю галактику. Он обнаружил нечто похожее на сверхновую - массивную звезду, заканчивающую свою жизнь в сиянии славы.
«Большинство сверхновых видны в течение короткого времени, а затем - в течение нескольких недель - исчезают из поля зрения», - сказал Биндер.
После того, как звезда взорвется как сверхновая, она обычно оставит после себя либо черную дыру, либо то, что называется нейтронной звездой - схлопнувшееся ядро бывшей звезды с высокой плотностью. Ни один из них не должен быть виден Земле через несколько недель. А вот эта сверхновая - SN 2010da - все-таки была.
SN 2010da - это то, что мы называем «самозванцем сверхновой» - что-то, что первоначально считалось сверхновой из-за яркого излучения света, но позже было показано как массивная звезда, которая по какой-то причине показывает это огромное вспышка активности, - сказал Биндер.
Многие самозванцы сверхновых кажутся массивными звездами в двойной системе - две звезды на орбитах друг друга. Звездные астрофизики считают, что случайные вспышки самозванца могут быть вызваны возмущениями со стороны его соседа.
Для SN 2010da история, казалось, закончилась до сентября 2010 года - через четыре месяца после того, как было подтверждено, что это самозванец - когда Биндер направил рентгеновскую обсерваторию Чандра НАСА на NGC300 и обнаружил нечто неожиданное.
«От SN 2010da исходило огромное количество рентгеновских лучей, которые вы не должны видеть исходящими от самозванца сверхновой», - сказала она.
Биндер рассмотрел множество объяснений. Например, материал из короны звезды может столкнуться с ближайшим пылевым облаком. Но это не дало бы рентгеновского излучения того уровня, который она наблюдала. Вместо этого интенсивность рентгеновских лучей, исходящих от SN 2010da, соответствовала нейтронной звезде - плотному коллапсирующему остатку ядра сверхновой.
«Наличие нейтронной звезды в этом месте было бы удивительным, - сказал Биндер, - поскольку мы уже знали, что эта звезда - самозванец сверхновой, а не настоящая сверхновая».
В 2014 году Биндер и ее коллеги снова посмотрели на эту систему с помощью Chandra и впервые с помощью космического телескопа Хаббла. Они нашли звезду-самозванца и загадочное рентгеновское излучение. Основываясь на этих новых данных, они пришли к выводу, что, как и у многих других самозванцев сверхновых, у SN 2010da, вероятно, есть компаньон. Но, в отличие от любой другой двойной системы-самозванца сверхновой, о которой сообщалось на сегодняшний день, SN 2010da, вероятно, находится в паре с нейтронной звездой.
«Если компаньон этой звезды действительно является нейтронной звездой, это будет означать, что нейтронная звезда когда-то была гигантской массивной звездой, которая в прошлом испытала собственный взрыв сверхновой», - сказал Биндер. «Тот факт, что это событие сверхновой не привело к выбросу другой звезды, масса которой в 20-25 раз превышает массу нашего Солнца, делает этот тип двойной системы невероятно редким».
Чтобы понять, как могла образоваться эта необычная двойная система, Биндер и ее коллеги изучили возраст звезд в этой области космоса. Глядя на звездный размер и светимость, они обнаружили, что большинство ближайших звезд образовались в результате двух вспышек - одной 30 миллионов лет назад, а другой менее 5 миллионов лет назад. Но ни SN 2010da, ни ее предполагаемый компаньон из нейтронной звезды не могли быть созданы во время более ранней вспышки звездорождения.
«Большинство столь массивных звезд, как эти, обычно живут от 10 до 20 миллионов лет, а не 30 миллионов», - сказал Биндер. «Самые массивные и самые горячие звезды могут образоваться, вырасти, раздуться, взорваться и оставить нейтронную звезду, излучающую рентгеновские лучи, примерно через 5 миллионов лет».
Обзоры галактики совсем недавно, в 2007 и 2008 годах, не обнаружили рентгеновского излучения от местоположения SN 2010da. Вместо этого Биндер считает, что рентгеновские лучи, которые они впервые обнаружили в 2010 году, представляют нейтронную звезду, «включающуюся» впервые после ее образования. Рентгеновские лучи, вероятно, образуются, когда материал от звезды-самозванца переносится на компаньон нейтронной звезды.
«Это означает, что это действительно редкая система на ранней стадии формирования, - сказал Биндер, - и мы могли бы многое узнать о том, как формируются и умирают массивные звезды, продолжая изучать эту уникальную пару».
Одна загадка разгадана, Биндер хотела бы продолжать смотреть на SN 2010da, чтобы узнать, что еще она может узнать о ее формировании и эволюции. Его родная галактика, в которой раньше были уникальные пары, наверняка займет ее. Она также планирует провести дополнительное исследование других недавних самозванцев сверхновых с помощью ассистента-исследователя из UW Bothell.
Соавторами статьи были профессор астрономии Университета Вашингтона Бен Уильямс, Альберт Конг из Национального университета Цин Хуа, Терри Гетц и Пол Плачински из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики, Эван Скиллман из Университета Миннесоты и Эндрю Дельфин в Raytheon. Их работа финансировалась НАСА.