Загадка галактики M83: почему останки умерших звезд мерцают, словно живые

Тайна беспокойных останков

Обычно остаткам сверхновых сотни или тысячи лет. По мере того как ударная волна от взрыва теряет энергию, горячий газ должен излучать рентгеновские лучи и неуклонно тускнеть. Однако группа объектов в галактике M83, расположенной в 15 миллионах световых лет от Земли, не следует этому сценарию .

Из 22 остатков сверхновых, излучающих в рентгеновском диапазоне и проанализированных за 14-летнее окно наблюдений (с 2000 по 2014 год), примерно половина показала заметные изменения яркости. Это было не какое-то слабое колебание, а значительные перемены, очевидные в данных: одни источники становились ярче, другие тускнели на значительные величины с неравномерными интервалами .

Лишь для одного из переменчивых остатков нашлось простое объяснение. Остаток под обозначением SN 1957D (впервые замеченный почти 70 лет назад) врезается своими высокоскоростными обломками в плотную область окружающего газа. Это столкновение рождает всплеск разогретого ударом вещества и усиливает рентгеновское излучение, объясняя его вспышки. Для остальных десяти с лишним мерцающих остатков причина не столь очевидна .

Звездные зомби: двойные системы и падающее вещество

Исследовательская группа выдвинула две основные теории загадочного мерцания. Обе предполагают, что это не просто «мертвые» звезды, а системы, все еще активно поглощающие материю.

Сценарий с выжившей звездой-компаньоном: Многие массивные звезды рождаются в двойных парах. Когда более массивная из двух взрывается, она может оставить после себя плотный компактный объект — нейтронную звезду или черную дыру, — в то время как ее компаньон остается целым. Гравитация этого остатка может затем вытягивать звездное вещество с уцелевшей соседки. Когда газ закручивается по спирали, он разогревается до миллионов градусов, создавая мощную рентгеновскую двойную систему. Неравномерный темп перетекания материи может вызывать наблюдаемое мерцание .

Обратная аккреция: Вместо звезды-донора новообразованная черная дыра или нейтронная звезда может захватывать часть вещества, выброшенного при первоначальном взрыве. Этот процесс «космической переработки», когда часть обломков не может преодолеть гравитационное притяжение и падает обратно на центральный объект, также способен производить переменное рентгеновское излучение .

Эти объяснения не исключают друг друга, и не исключено, что оба процесса работают в разных остатках из выборки. Свидетельства в пользу теории двойных звезд подкрепляются расположением мерцающих остатков — они находятся в карманах M83 с более высокой концентрацией массивных молодых звезд, где как раз и следует ожидать наличия массивных рентгеновских двойных систем .

Аналогичный сюрприз в другой галактике

M83 — не единичный случай. Последующее исследование галактики Водоворот (M51) выявило сопоставимую популяцию переменных рентгеновских источников, связанных с остатками сверхновых. Обнаружение этой закономерности во второй галактике со звездообразованием говорит о том, что мерцающие остатки могут быть распространенной, но ранее упускаемой из виду фазой звездного «загробья» во Вселенной .

Бонусное открытие: сверхновая по соседству с черной дырой

В ходе отдельного, но не менее захватывающего исследования «Чандра» и спутник Европейского космического агентства XMM-Newton обнаружили свидетельства существования остатка сверхновой в одной из самых экстремальных сред, какую только можно вообразить. Обломки были найдены вблизи Стрельца A* (Sgr A*) — сверхмассивной черной дыры в центре Млечного Пути, на расстоянии около 26 000 световых лет от Земли .

Астрономы подсчитали, что звезда, чьи останки были найдены, взорвалась относительно недавно — около 1700 лет назад. Образовавшийся в результате остаток, расположенный рядом с областью, называемой Стрелец C, расширяется со скоростью примерно 3,2 миллиона километров в час. Если идентификация подтвердится, это будет самый близкий остаток сверхновой, когда-либо обнаруженный у центральной черной дыры нашей галактики .

Это открытие, также опубликованное в The Astrophysical Journal, помещает звездный взрыв в неспокойный район, где доминируют экстремальная гравитация, плотные магнитные поля и облака газа, вращающиеся на огромных скоростях. Изучение остатка в такой среде дает астрономам уникальную лабораторию для понимания того, как ведет себя материя в самых мощных гравитационных полях во Вселенной .