Мерехтливі привиди космосу: Чому залишки наднових у галактиці M83 поводяться не за сценарієм?

Десятиліттями вважалося, що смерть масивної зорі — це грандіозний, але передбачуваний фінал. Після вибуху наднової хмара гарячого газу та уламків, відома як залишок наднової, мала просто охолоджуватися і тьмяніти протягом століть. Проте нове 14-річне спостереження за сусідньою спіральною галактикою Мессьє 83 (M83), або Південна Вертушка, перевертає це уявлення з ніг на голову.

Команда астрономів під керівництвом Андреа Прествіч (Andrea Prestwich) з Католицького університету Америки проаналізувала дані рентгенівської обсерваторії NASA «Чандра» і виявила 22 джерела рентгенівського випромінювання, пов’язаних із залишками наднових у галактиці M83. Як виявилося, близько половини з них не згасають тихо, а натомість мерехтять — несподівано яскравішають та тьмяніють на часових проміжках у кілька років .

«Ми знаємо, що окремі рентгенівські джерела можуть сильно змінюватися, але виявити, що так поводиться так багато залишків наднових, було справжнім сюрпризом, — зазначила Прествіч. — У цих об’єктах безперечно відбувається щось незвичайне» . Результати були представлені на засіданні Американського астрономічного товариства та опубліковані в журналі The Astrophysical Journal .

Загадка неспокійних залишків

Зазвичай вік залишків наднових налічує сотні або тисячі років. Коли початкова ударна хвиля від вибуху втрачає енергію, гарячий газ має випромінювати рентгенівські промені та поступово згасати. Популяція цих об'єктів у M83, розташованій приблизно за 15 мільйонів світлових років від Землі, не дотримується цього сценарію .

З 22 проаналізованих залишків наднових протягом 14-річного вікна спостережень (з 2000 по 2014 рік) близько половини показали помітні зміни яскравості. Це було не ледь помітне тремтіння; коливання були досить значними, щоб бути очевидними в даних, причому деякі джерела яскравішали та тьмяніли на суттєві величини через нерегулярні проміжки часу .

Лише для одного зі змінних залишків знайшлося просте пояснення. Йдеться про об'єкт, позначений як SN 1957D, уламки якого врізаються в щільну ділянку навколишнього газу. Це зіткнення розігріває речовину до величезних температур і викликає додаткове рентгенівське випромінювання, що й пояснює його спалахи. Однак для понад десяти інших мерехтливих залишків причина залишається загадкою .

Космічні зомбі: подвійні системи та «повторне поглинання»

Дослідницька група висунула дві основні теорії, які можуть пояснити таємниче мерехтіння. Обидві припускають, що це не просто «мертві» зорі, а системи, які досі активно поглинають речовину.

Сценарій із зорею-компаньйоном, що вижила: Багато масивних зір народжуються парами. Коли масивніша зоря вибухає, вона може залишити після себе надщільний компактний об'єкт — нейтронну зорю або чорну діру, — поки її сусідка залишається цілою. Гравітація цього залишку може витягувати зоряну речовину з компаньйона, що вижив. Коли цей газ закручується по спіралі до центру, він нагрівається до мільйонів градусів, створюючи потужну рентгенівську подвійну систему. Непередбачувана швидкість перетікання цієї речовини може спричиняти спостережуване мерехтіння .

Повторна акреція (Fallback accretion): Замість зорі-донора, новоутворена чорна діра або нейтронна зоря може знову захоплювати частину уламків, які були викинуті назовні під час вибуху. Це «космічне перероблення», коли частина речовини не може подолати гравітаційне тяжіння і падає назад на центральний об’єкт, так само продукуватиме змінне рентгенівське випромінювання .

Ці пояснення не є взаємовиключними, і цілком можливо, що обидва процеси відбуваються в різних залишках з вибірки. Теорію подвійних зір підкріплює розташування мерехтливих залишків — вони знаходяться в областях M83 з вищою концентрацією масивних молодих зір, тобто саме там, де й слід очікувати появи рентгенівських подвійних систем високої маси .

Подібний сюрприз в іншій галактиці

M83 — не єдиний такий випадок. Подальше дослідження галактики Вир (M51) виявило аналогічну популяцію змінних рентгенівських джерел, пов'язаних із залишками наднових. Виявлення такої ж закономірності в іншій галактиці з активним зореутворенням свідчить про те, що мерехтливі залишки можуть бути поширеною, раніше не поміченою фазою «зоряного потойбіччя» у Всесвіті .

Бонус-відкриття: наднова по сусідству з чорною дірою

В окремому, але не менш захопливому дослідженні, «Чандра» разом із європейським супутником XMM-Newton виявили докази існування залишку наднової в одному з найекстремальніших оточень, яке тільки можна уявити. Уламки були знайдені поблизу Стрільця A* (Sgr A*) — надмасивної чорної діри в центрі Чумацького Шляху, на відстані приблизно 26 000 світлових років від Землі .

Астрономи підрахували, що зоря, якій належать ці уламки, вибухнула відносно недавно — близько 1700 років тому. Утворений залишок, розташований поруч із регіоном під назвою Стрілець C, розширюється зі швидкістю приблизно 3,2 мільйона кілометрів на годину. Якщо ідентифікація підтвердиться, це буде найближчий залишок наднової, коли-небудь знайдений поруч із центральною чорною дірою нашої галактики .

Це відкриття, також опубліковане в The Astrophysical Journal, поміщає зоряний вибух у надзвичайно бурхливий регіон, де панують екстремальна гравітація, потужні магнітні поля та хмари газу, що рухаються з величезними швидкостями. Вивчення залишку в такому середовищі дає астрономам унікальну лабораторію для розуміння того, як поводиться матерія в найпотужніших гравітаційних полях Всесвіту .