Российские астрономы нашли несостоявшуюся сверхновую

Российские ученые обнаружили необычную звезду, которая получилась в результате слияния белых карликов, но не вспыхнула в виде сверхновой. Это нестабильное светило должно существовать не более нескольких десятков тысяч лет, после чего ему предстоит превратиться в нейтронную звезду, но очень яркой вспышки уже не ожидается, пишут авторы в препринте на arXiv.org.

Существует несколько эволюционных путей звезд, которые приводят к рождению яркой вспышки — сверхновой. Такие явления бывают разных типов, их классифицируют по наличию особенностей в спектрах. У сверхновых типа II есть линии излучения водорода, у сверхновых типа Ia есть линии поглощения кремния, у Ib не наблюдается кремния, но есть излучение гелия, а у Ic нет ни гелия, ни кремния. Вспышки типа II также подразделяются на более мелкие категории на основе особенностей кривых блеска, то есть зависимости яркости от времени.

Как и многие другие устоявшиеся определения в астрономии, классификация сверхновых в большей степени отражает исторические аспекты исследований этого феномена, а не физические различия между ними. Так, все типы сверхновых, кроме Ia, — это проявление катастрофического коллапса ядра массивной звезды, в результате которого формируется нейтронная звезда или черная дыра, если звезда была достаточно тяжелой.

Вместе с тем, ученые до сих пор не пришли к единому мнению о природе предшественников сверхновых Ia. Эти яркие вспышки исключительно важны для космологии, так как обладают примерно одинаковой светимостью на пике кривой блеска, что позволяет использовать их в качестве стандартных свечей, то есть определять расстояние до событий, измеряя видимую яркость.

Основная гипотеза, объясняющая возникновение таких событий, — термоядерный взрыв белого карлика. Такое должно происходить при превышении предела Чандрасекара — формально максимальной массы для такого типа звезд, больше этого порога давление вырожденных электронов не позволяет остановить дальнейший коллапс. Считается, что масса белого карлика увеличивается в результате взаимодействия с компаньоном в двойной системе, хотя ни одного случая наблюдения объектов до произошедшего взрыва сверхновой типа Ia на данный момент нет.

Компаньоном может быть обычная звезда или другой белый карлик. В последнем случае два компактных светила должны слиться и взорваться в виде сверхновой Ia. Однако возможен иной сценарий, при котором образуется нестабильный сверхмассивный замагниченный и быстро вращающийся белый карлик. Для такого тела должен быть характерен исключительно сильный звездный ветер (улетающий от светила поток массивных частиц), который будет участвовать в формировании окружающей туманности, сильно обедненной водородом и гелием, так как в самих белых карликах мало этих элементов.

В работе российских астрономов под руководством Василия Гварамадзе из Государственного астрономического института имени Штернберга (ГАИШ МГУ) описываются результаты наблюдения объекта, подходящего по многим параметрам на роль подобной несостоявшейся сверхновой. Звезду и окружающую ее туманность (обе называются WS35), ученые обнаружили в созвездии Кассиопеи.

Полученный на шестиметровом телескопе БТА спектр излучения звезды и сравнение его с теоретическими моделями показывают, что температура поверхности центральной звезды должна составлять порядка 200 тысяч кельвин, а по массе она на 80 процентов состоит из кислорода и на 20 процентов из углерода. В спектре не было найдено линий водорода и гелия, как и должно быть в случае слияния белых карликов. Оценочная скорость звездного ветра составляет 16 тысяч километров в секунду — таких высоких значений в норме не наблюдают. Обычно звездные ветра горячих светил разгоняются давлением излучения, но даже это не позволяет достичь столь высоких значений. С другой стороны, наблюдения можно объяснить быстрым вращением звезды со значительным магнитным полем, что опять же полностью соответствует предсказаниям теории.

Также объект соответствует другим теоретическим ожиданиям о сверхчандрасекаровских звездах: положению на диаграмме Герцшпрунга — Рассела и наличию туманности с малым содержанием водорода и гелия, образовавшейся в результате значительной потери массы во время слияния и после него. Светимость WS35 превышает модельное значение для тела с массой 1,49 масс Солнца, что уже больше, чем предел Чандрасекара — 1,4 массы Солнца. При этом в среднем белые карлики обладают массой всего в 0,6 солнечных.

На основе размера окружающей туманности и теоретических предсказаний скорости ее расширения авторы оценивают возраст системы — 16 тысяч лет. Вместе с положением на диаграмме Герцшпрунга — Рассела вблизи конечной стадии эволюции подобных тел это говорит о скором коллапсе светила с превращением в маломассивную нейтронную звезду. Ученые предсказывают, что этот переход будет сопровождаться гамма-всплеском, резким увеличением нейтринного потока и быстрой, но неяркой сверхновой типа Ic.

Помимо новой информации о предполагаемых предшественниках сверхновых Ia, данная работа также подтверждает модельные оценки, что около 10 процентов звезд на главной последовательности и белых карликов являются продуктами слияний. В таком случае, как правило, должны получаться светила с большим магнитным полем, что может помочь объяснить наблюдаемое количество массивных замагниченных звезд.

Прогресс в наблюдательной технике позволил в последние годы намного больше узнать о белых карликах, которые обладают небольшой по сравнению с обычными звездами светимостью. В частности, орбитальный телескоп Gaia позволил обнаружить «грязный» белый карлик, в атмосфере которого содержится много металлов. Такое может происходить в результате разрушения близких планет. Также недавно впервые удалось наблюдать сжатие молодого белого карлика.

Тимур Кешелава