_ Астрономы-любители навели профессионалов на редкое явление. Вспышка новой звезды, отмеченная японскими наблюдателями, удивила ученых необычно сильным гамма-излучением.

Вспышка новой звезды удивила ученых - а первыми заметили ее любители

_

История звезды V407 Cyg примечательна тем, что началась с обнаружения аномального увеличения ее яркости целым рядом астрономов-любителей. Эти данные помогли профессиональным астрофизикам, работающим с уникальным оборудованием на околоземной орбите, понять? что же именно послужило причиной обнаруженной ими загадочной вспышки. В итоге ученые существенно обогатили свои знания
о новых звездах.

Сперктр излучения звезды V407 Cyg

Что такое новая звезда?
Вспышка новой— это термоядерный взрыв на поверхности белых карликов, и потому термин «новая звезда» является далеко не самым удачным. Но так как за очень короткое время звезда излучает столько энергии, сколько обычно тратит за тысячелетия, подобные вспышки иногда видны невооруженным глазом там, где до этого ничего не было. На небосводе загорается «новая» звезда, яркость которой потом за несколько дней или недель снова падает; вспышки новых астрономы начали наблюдать задолго до того, как узнали о термоядерных реакциях. И о том, что белые карлики на самом деле не молодые звезды, а, наоборот, остывающие останки светил.

Вспышки новых стоит отделить от сверхновых— намного более мощных взрывов, которые буквально уничтожают звезду и которые происходят вследствие совершенно иных механизмов. Новые вспыхивают там, где белый карлик перетягивает на себя вещество с соседней звезды, накапливает критическую массу вблизи своей поверхности и далее инициирует термоядерную реакцию.

Механизм вспышки новой - белый карлик перетягивает на себя раскаленную плазму с красного гиганта.
Как только вещества накопится достаточно, в нем вспыхнет термоядерная реакция взрывного
характера с выделением огромного количества энергии.

Этот процесс был достаточно хорошо изучен учеными и астрономы уже знали, чего можно ожидать от вспышек новых. Свет, рентгеновское излучение, немного гамма-лучей; тем удивительнее было увидеть аномально высокий уровень гамма-излучения.

Звезда V407 Лебедя удалёна примерно на 9 000 световых лет от Земли. Как и все другие новые звезды, она представляет собой тесную двойную систему, одним из элементов которой служит белый карлик.
Его компаньон - красный гигант, по размеру примерно в 500 раз больше Солнца.

«Вещество внешних слоёв атмосферы гиганта быстро уносится в пространство, — рассказывает Адам Хилл ( Adam Hill ) из Университета им. Жозефа Фурье (Франция). — За 10 лет он теряет такой объём водорода, масса которого примерно равна массе Земли». Газ накапливается на поверхности карлика, образуя обогащённый водородом слой. Со временем здесь начинаются термоядерные реакции, и всё завершается взрывом.
В результате формируется ударная волна, а белый карлик сбрасывает верхний слой водородной оболочки. Выброшенное вещество движется с огромной скоростью (в случае V407 Лебедя её оценили в 3 000 км/с ).
Магнитные поля удерживают элементарные частицы в расширяющейся оболочке и разгоняют их до огромных энергий; гамма-излучение, вероятно, рождается при взаимодействии этих частиц со звёздным ветром красного гиганта.

 

Снимок V407 Лебедя, сделанный 17 марта 2010 года — примерно
через неделю после взрыва. ( Иллюстрация Steve O'Connor. )

 

Как это было
Все началось 11 марта 2010 года. В этот день ( а точнее - в ночь ) двое японских астрономов-любителей обнаружили, что яркость одной из звезд в созвездии Лебедя существенно возросла. По сравнению со снимками, сделанными за три дня до этого, звезда V407 Cyg стала в десять раз ярче!

 

Снимки, сделанные японскими астрономами. Подпись - "Новая в созвездии Лебедя, 2010 год",
линейка внизу показывает угловое расстояние в один градус ( примерно два лунных диска ).
Источник: K. Nishiyama and F. Kabashima/H. Maehara, Kyoto Univ.

Это стало поводом сообщить в университет Киото, откуда информация разошлась уже и по ряду обсерваторий во всем мире, тем более что вслед за первыми двумя сообщениями ученые получили еще три послания от японских любителей. Но команда, работавшая с телескопом Fermi, о новой тогда не узнала.

Здесь необходимо пояснение: Fermi это не просто телескоп, который улавливает свет от далеких космических объектов. Это спутниковая обсерватория, способная вести наблюдение в гамма-лучах, детекторы на ее борту могут зафиксировать частицы с очень высокими энергиями, вплоть до сотен миллиардов электрон-вольт. У квантов света, для сравнения, энергия исчисляется одним-двум электрон-вольтами; наличие гамма-излучения всегда указывает на какие-то процессы с очень большим энерговыделением.

Качество и количество Под словами «процесс с очень большим энерговыделением» подразумевается явление, в котором единичные кванты излучения уже имеют очень большую энергию. При этом все вовсе не обязано ярко светится, обдавать жаром и создавать прочие наглядные эффекты — радиоактивный распад дает частицы с энергией вплоть до миллионов электрон-вольт, но протекает внутри холодного и ничем не примечательного куска камня. А вот свет и тепло лесного пожара или извержения вулкана — это кванты с ничтожной по меркам ядерной физики энергией, вся разрушительная мощь этих явлений обусловлена масштабом процессов.

Астрономы, обрабатывавшие данные с борта Fermi, обнаружили странный новый источник гамма-излучения 13 марта, но далеко не сразу смогли его идентифицировать. И не только потому, что часть ключевых сотрудников как раз в этот момент уехали на научную встречу в Париж— V407 Cyg расположена в плоскости нашей Галактики, где немало и других возможных источников излучения.

 

Гамма-обсерватория Fermi, рисунок. Отсутствие объективов неудивительно,
для гамма-лучей они и не нужны.

 

Лишь 17 марта исследователи отправили запрос группе, работающей с рентгеновским телескопом Swift, который
к тому моменту уже нацелили на V407 Cyg именно для того, чтобы изучить в рентгеновских лучах вспышку новой. Безуспешно: никаких новых рентгеновских источников инструмент обнаружить не смог. Новая светилась в гамма-диапазоне, однако не излучала в рентгеновском — довольно странное поведение для подобных объектов.
Возможная разгадка

До V407 Cyg около 9000 световых лет и это двойная система, в которой вокруг общего центра масс вращается белый карлик и красный гигант. В полном соответствии с существующими представлениями о новых звездах, с красного гиганта «стаскивают» верхние слои, а потом на поверхности белого карлика «украденное» вещество детонирует, давай вспышку новой.

Так как мощности подобного взрыва недостаточно для полного разрушения звезды, равно как и для схлопывания ее остатков в черную дыру — через какое-то время после вспышки процесс перетекания плазмы продолжается и это значит, что нас ждет впереди еще одно столь же катастрофическое событие. Но почему именно V407 Cyg дала яркое свечение в гамма-лучах?

 

Снимки телескопа Fermi ( NASA ) — февраль-март 2010 и с 10 по 29 марта;
показано одно и то же место.
Красное пятнышко в центре и есть V407 Cyg.


Обратите внимание также на стилизованную букву f в эмблеме на фото, это не что иное,
как схематическое изображение диска вокруг черной дыры с двумя выбросами вещества ( джетами ).

 

Одно из предложенных объяснений выглядит так: при взрыве образуется ударная волна, выбрасывающая вещество с поверхности белого карлика в космос на скорости свыше десяти миллионов километров в час (почти 1% от скорости света!). Эта волна, в свою очередь, сталкивается с двумя препятствиями, магнитным полем самого белого карлика и «звездным ветром», потоком частиц от красного гиганта.

Поскольку ударная волна состоит из плазмы, то она является потоком электрически заряженных частиц. То есть электрическим током, который, как известно, активно взаимодействует с магнитным полем. Поток плазмы отклоняется, а часть частиц в магнитном поле разгоняется до еще более высоких скоростей, вплоть до близких к скорости света. Дальше эти ускоренные частицы ударной волны сталкиваются с потоками плазмы от красного гиганта и, естественно, теряют энергию.

Реконструкция процесса взрыва V407 Cyg. Во второй половине ролика видно, как ударная волна
взаимодействует с потоками вещества от красного гиганта (в центре), малиновое свечение
на отметке 0:23 и далее изображает гамма-излучение очень высоких энергий.

 

В соответствии с законами сохранения, пропасть эта энергия не может— поэтому результатом столкновения разогнанной ударной волны со «звездным ветром» является не просто две потерявшие скорость частицы, но еще и квант излучения, унесший энергию с собой. Именно эти кванты поймал телескоп Fermi и именно они удивили ученых, не ожидавших встретить чего-то подобного.