«Чандра» обнаружила 84 источника «гипермягкого» рентгеновского излучения

Астрономы под руководством Мустафы Мухибуллы обнаружили 84 ярких точечных источника рентгеновского излучения, которые прежние обзоры соседних галактик в основном не замечали. Новый наблюдательный класс назвали гипермягкими рентгеновскими источниками (HSS, hypersoft X-ray sources): почти всё их излучение приходится на исключительно низкие энергии — главным образом ниже 0,3 кэВ. Находку сделали при повторном анализе открытого архива наблюдений рентгеновской обсерватории NASA «Чандра». 3

Выборка включает спиральные галактики M31 — Андромеду — и M101 («Вертушку»), а также четыре эллиптические галактики. Пока это именно класс, выделенный по наблюдаемому спектру: необычная энергетическая подпись установлена, но физическая природа каждого отдельного объекта ещё не определена. 3

Почему их не замечали раньше

Стандартные поиски рентгеновских источников обычно ориентированы на более высокие энергии. С HSS всё иначе: на самом низкоэнергетическом краю диапазона «Чандры» они заметны, но в привычных более высокоэнергетических рентгеновских изображениях слабы или вовсе исчезают. Исследователи определяют их по преобладанию излучения ниже 0,3 кэВ; в частности, число фотонов с энергией 0,15–0,3 кэВ у них более чем в восемь раз превышает число фотонов в диапазоне 0,3–1,0 кэВ. 3

Их трудно обнаружить сразу по двум причинам:

• чувствительность «Чандры» на самом низкоэнергетическом пределе её рабочего диапазона ограничена;
• ожидаемое от таких спектров ультрафиолетовое излучение по пути к Земле эффективно поглощают межзвёздные водород и гелий.

В результате образуется своеобразная «слепая зона» между рентгеновским и ультрафиолетовым диапазонами, которая могла скрывать целую популяцию ярких объектов многие годы. Более ранняя работа с данными «Чандры» также показывала, что источники, излучающие только ниже 0,3 кэВ, в значительной степени отсутствуют в стандартных каталогах и опубликованных списках источников. 6

Что может быть источником энергии

Одна из ведущих гипотез — аккрецирующая двойная система. В такой паре компактный объект перетягивает газ со звезды-компаньона. Компактным объектом может быть белый карлик, нейтронная звезда или чёрная дыра. Падающее вещество разогревается и способно давать спектр, в котором доминируют экстремальное ультрафиолетовое и ультрамягкое рентгеновское излучение, а не более жёсткие рентгеновские лучи, характерные для многих рентгеновских двойных систем.

По спектрам «Чандры» для вещества оценивают температуру примерно в 200–250 тысяч °C. Это не прямое измерение: значение получают из модельной экстраполяции данных, снятых у нижней границы чувствительности телескопа. Поэтому один и тот же гипермягкий спектр потенциально может возникать у разных типов компактных объектов либо при разных режимах аккреции.

Почему открытие важно

Если часть HSS окажется белыми карликами, которые устойчиво набирают массу от звезды-компаньона, эти системы могут помочь найти предшественников сверхновых типа Ia. Вопрос о том, какие именно двойные системы приводят к таким взрывам, остаётся одной из важных нерешённых задач астрофизики звёзд.

Возможное сильное ультрафиолетовое излучение HSS имеет значение и для среды вокруг них. Ультрафиолет ионизирует межзвёздный газ, а степень ионизации влияет на его химию и охлаждение — процессы, важные для поведения газа в галактиках. NASA отмечает, что новые источники могут быть связаны как с проблемой предшественников сверхновых типа Ia, так и с ионизацией межзвёздного газа.

Что проверит «Хаббл»

Следующий ключевой шаг — проверить ультрафиолетовое излучение, которое предполагают данные «Чандры». Планируемые наблюдения космического телескопа «Хаббл» позволят найти ультрафиолетовые аналоги выбранных HSS или установить ограничения на их яркость в УФ-диапазоне. Это даст независимую проверку оценки энергетического выхода, сделанной по ультрамягкому рентгеновскому спектру.

Сопоставление УФ-наблюдений с рентгеновской яркостью, изменчивостью, окружением источников и признаками звёзд-компаньонов должно помочь отличить системы с белыми карликами от систем с нейтронными звёздами или чёрными дырами. Возможно, тогда станет ясно и другое: представляют ли гипермягкие рентгеновские источники одну физическую популяцию или объединяют несколько разных типов компактных двойных систем с похожей низкоэнергетической подписью.