Два месяца назад японский астроном-любитель Юджи Накамура обнаружил в созвездии Кассиопеи новую звезду — так астрономы называют белые карлики, яркость которых резко увеличивается в тысячи раз из-за временного возобновления на них термоядерных реакций. Появление новых звезд — заметное, хотя и не слишком редкое событие, их мы регистрируем в среднем по десять в год. Но эта повела себя настолько необычно, что ученые начали задаваться вопросом — может быть, перед ними новый класс астрономических феноменов? О произошедшем рассказывает астроном Кирилл Соколовский, сотрудник Государственного астрономического института имени Штернберга (ГАИШ) и Университета штата Мичиган (Michigan State University).
С новыми звездами мы знакомы очень давно. Записи об их появлении на небе, наряду с их более мощными собратьями — сверхновыми — есть в древних китайских (101 год нашей эры) и корейских (1437 год) хрониках.
Название отражает то, как это событие выглядит для наблюдателя с Земли: неожиданно в небе, на казалось бы пустом месте, загорается новая звезда и продолжает ярко светиться несколько дней или недель. Это не так уж далеко от истины, хотя физическая картина происходящего стала ясна только полвека назад. В тесной двойной системе, где более массивный компонент — белый карлик (остаток звезды, израсходовавшей все ядерное топливо), а менее массивный — обычная звезда, может происходить перетекание вещества с обычной звезды на белый карлик. На поверхности белого карлика постепенно пополняется океан из богатого водородом вещества, перетекшего со звезды-компаньона.
В какой то момент на дне этого океана температура и давление поднимаются настолько, что начинаются ядерные реакции превращения водорода в гелий. Такие же реакции идут в недрах обычных звезд. Таким образом, казалось бы, уже мертвая звезда, белый карлик, оживает на короткое время, пока в «океане» на его поверхности не закончится водород. После этого процесс накопления вещества на белом карлике возобновится и через какое-то время явление новой повторяется. Время между вспышками новой зависит от темпа перетекания вещества и массы белого карлика и составляет от одного года (уникальная повторная новая
в галактике Туманность Андромеды) до
теоретически десятков тысяч лет и более.
Запуск термоядерных реакций на белом карлике сопровождается взрывом и сбросом части вещества с его поверхности. При этом атмосфера белого карлика раздувается и поглощает звезду-компаньона. Двойная система набирает яркость и становится похожа на звезду-сверхгигант. Часть вещества атмосферы постепенно упадет обратно на белый карлик и его компаньона. Другая часть будет выброшена из системы за счет энергии орбитального движения компаньона и сильного звездного ветра, порождаемого давлением излучения горячего белого карлика, на котором все еще идут ядерные реакции. Столкновения между разными элементами разлетающейся атмосферы новой может порождать ударные волны. Они способны разгонять заряженные частицы до высоких энергий благодаря механизму Ферми. Взаимодействие этих высокоэнергичных частиц с окружающим веществом порождает гамма-излучение наблюдающееся от некоторых новых.
Недавнее открытие в Новой Киля 2018 (V906 Car) коротких — около суток — вспышек излучения, происходящих одновременно в гамма- и оптическом диапазонах, показало, что энергия, переносимая ударными волнами, может давать значительный вклад в оптическое излучение новой. Те же ударные волны, которые разгоняют заряженные частицы, тратят значительную часть своей энергии на нагрев среды, через которую проходят.
Хотя астрономы находят около десятка новых в год, всего в нашей Галактике в год их должно появляться около 50 (большинство оказываются скрытыми от нас межзвездной пылью). В открытии новых наряду с профессиональными обзорами неба активно участвуют любители астрономии. Открытая Юджи Накамурой 18 марта Новая Кассиопеи 2021 (получившая постоянное обозначение V1405 Cas) привлекла внимание наблюдателей благодаря своей яркости (около восьмой звездной величины), удобному расположению на небе (видна всю ночь из средних широт северного полушария) и близкому (по космическим масштабам) расстоянию до нее. Но настоящий сюрприз Новая Кассиопеи преподнесла через 50 дней после своего открытия.
Обычно новые звезды в течении одних-двух суток поднимаются к своему максимальному блеску, а потом плавно слабеют. Новая Кассиопеи 2021 повела себя нетипично: с 19 марта ее блеск стабилизировался и почти не менялся вплоть до 7 мая — когда во второй раз произошло его резкое увеличение. Уже 14 мая новая стала быстро слабеть и к 20 мая вернулась к уровню блеска, наблюдавшемуся в марте-апреле. Неизвестно, будет ли Новая Кассиопеи и дальше слабеть, или же нас ждут новые вспышки.
Заманчиво предположить, что резкое увеличение яркости Новой Кассиопеи 2021 является следствием образования ударной волны. При этом часть энергии, которая была бы потрачена на выброс вещества из двойной системы, переходит в излучение. Однако предварительный анализ данных с орбитальной обсерватории Fermi не показал гамма-излучения от Новой Кассиопеи ни во время короткого поярчания в мае, ни за все время вспышки.
Расстояние до Новой Кассиопеи известно благодаря тригонометрическому параллаксу системы-прародителя новой, который был измерен спутником Gaia, оно составляет 1,7 килопарсека (5500 световых лет) — ближе, чем до большинства зарегистрированных когда-либо в гамма-диапазоне новых. Если бы гамма-излучение (сравнимое по яркости с наблюдавшимся у V906 Car и других новых) у Новой Кассиопеи было — его бы было видно. Получается, что либо действует какой-то механизм, препятствующий разгону частиц ударной волной, либо резкое поярчание Новой Кассопеи с ударными волнами вообще не связано и здесь действует какой-то другой, пока не установленный механизм.