«На самом деле это было в какой-то степени удачное совпадение», — объясняет Оле Кениг из Астрономического института ФАУ в обсерватории доктора Карла Ремейса в Бамберге, который опубликовал статью об этом наблюдении в журнале Nature вместе с профессором доктором , Йорн Вильмс и исследовательская группа из Института внеземной физики им. Макса Планка, Тюбингенского университета, Политехнического университета Каталонии в Барселоне и Института астрофизики Лейбница в Потсдаме. «Эти рентгеновские вспышки длятся всего несколько часов, и их почти невозможно предсказать, но наблюдательный прибор должен быть направлен прямо на взрыв в нужное время», — объясняет астрофизик.

Инструментом в данном случае является рентгеновский телескоп eROSITA, который в настоящее время находится в полутора миллионах километров от Земли и с 2019 года ведет обзор неба на предмет мягкого рентгеновского излучения. 7 июля 2020 года он измерил сильное рентгеновское излучение в области неба, которая четыре часа назад была совершенно незаметной. Когда четыре часа спустя рентгеновский телескоп обследовал то же место на небе, излучение исчезло. Из этого следует, что рентгеновская вспышка, полностью пересветившая центр детектора, должна была длиться менее восьми часов.

Рентгеновские взрывы, подобные этому, были предсказаны теоретическими исследованиями более 30 лет назад, но до сих пор никогда не наблюдались напрямую. Эти огненные шары рентгеновских лучей возникают на поверхности звезд, которые изначально были сопоставимы по размеру с солнцем, прежде чем израсходовать большую часть своего топлива, состоящего из водорода, а затем и гелия, глубоко внутри их ядер. Эти звездные трупы сжимаются до тех пор, пока не остаются белые карлики, которые по размеру похожи на Землю, но содержат массу, которая может быть подобна массе нашего Солнца. «Один из способов изобразить эти пропорции — представить, что Солнце такого же размера, как яблоко, а это означает, что Земля будет такого же размера, как булавочная головка, вращающаяся вокруг яблока на расстоянии 10 метров», — объясняет Йорн Вильмс.

«Эти так называемые новые звезды действительно появляются постоянно, но обнаружить их в самые первые моменты, когда производится большая часть рентгеновского излучения, очень сложно», — добавляет доктор Виктор Дорошенко из Тюбингенского университета. «Вызовом является не только короткая продолжительность вспышки, но и тот факт, что спектр испускаемых рентгеновских лучей очень мягкий. Мягкие рентгеновские лучи не очень энергичны и легко поглощаются межзвездной средой, поэтому мы не можем видеть очень далеко в этом диапазоне, который ограничивает количество наблюдаемых объектов, будь то новая звезда или обычная звезда. Телескопы обычно проектируются так, чтобы быть наиболее эффективными в более жестких рентгеновских лучах, где поглощение менее важно, и именно по этой причине они пропускают событие вот так», — заключает Виктор Дорошенко.

Звездные трупы напоминают драгоценные камни

С другой стороны, если бы вы уменьшили яблоко до размера булавочной головки, эта крошечная частица сохранила бы сравнительно большой вес яблока. «Чайная ложка вещества внутри белого карлика легко имеет ту же массу, что и большой грузовик», — продолжает Йорн Вильмс. Поскольку эти выгоревшие звезды в основном состоят из кислорода и углерода, мы можем сравнить их с гигантскими алмазами размером с Землю, плавающими в космосе. Эти предметы в виде драгоценных камней настолько горячие, что светятся белым. Однако излучение настолько слабое, что его трудно обнаружить с Земли.

Это верно, если белый карлик не сопровождается звездой, которая все еще горит, и когда огромное гравитационное притяжение белого карлика вытягивает водород из оболочки сопровождающей звезды. «Со временем этот водород может собраться, чтобы сформировать слой толщиной всего в несколько метров на поверхности белого карлика», — объясняет астрофизик FAU Йорн Вильмс. В этом слое огромное гравитационное притяжение создает огромное давление, которое настолько велико, что заставляет звезду снова загореться. В цепной реакции вскоре доходит до мощного взрыва, во время которого сдувается слой водорода. Рентгеновское излучение взрыва, подобного этому, попало в детекторы eROSITA 7 июля 2020 года, создав переэкспонированное изображение.

«Физическое происхождение рентгеновского излучения, исходящего [из] атмосфер белых карликов, относительно хорошо изучено, и мы можем моделировать их спектры, исходя из первых принципов и в мельчайших деталях. Сравнение моделей с наблюдениями позволяет [нам] затем изучить основные свойства такие объекты, как вес, размер или химический состав», — объясняет доктор Валерий Сулейманов из Тюбингенского университета.

«Однако проблема в данном конкретном случае заключалась в том, что после 30 лет без фотонов у нас внезапно стало слишком много, что исказило спектральный отклик eROSITA, который был разработан для обнаружения миллионов очень слабых объектов, а не одного, но очень яркого», добавляет Виктор Дорошенко.

«Используя модельные расчеты, которые мы первоначально провели при поддержке разработки рентгеновского прибора, мы смогли более подробно проанализировать переэкспонированное изображение во время сложного процесса, чтобы получить представление о том, что происходит за кулисами взрыва белого карлика», — объясняет Йорн Вильмс.

Согласно результатам, белый карлик имеет массу примерно такую ​​же, как у нашего Солнца, и поэтому является относительно большим. В результате взрыва образовался огненный шар с температурой около 327 000 Кельвинов, что примерно в 60 раз горячее Солнца. «Эти параметры были получены путем объединения моделей рентгеновского излучения с моделями излучения очень горячих белых карликов, созданных в Тюбингене Валерием Сулеймановым и Виктором Дорошенко, и проведенного в FAU и MPE. Я думаю, это очень хорошо иллюстрирует важность сотрудничества в современной науке и широкий спектр знаний в рамках немецкого консорциума eROSITA», — добавляет профессор доктор Клаус Вернер из Тюбингенского университета.

Поскольку у этих новых довольно быстро заканчивается топливо, они быстро остывают, и рентгеновское излучение становится слабее, пока в конце концов не становится видимым светом, который достиг Земли через полдня после обнаружения eROSITA и наблюдался оптическими телескопами. «Затем появилась, казалось бы, яркая звезда, которая на самом деле была видимым светом от взрыва, и настолько яркая, что ее можно было увидеть на ночном небе невооруженным глазом», — объясняет Оле Кениг. Казалось бы, «новые звезды», такие как эта, наблюдались в прошлом и были названы «новыми», или «новая звезда» из-за их неожиданного появления. Поскольку эти новые звезды видны только после рентгеновской вспышки, очень трудно предсказать такие вспышки, и в основном это зависит от случая, когда они попадают в рентгеновские лучи. "Нам действительно повезло", - говорит Оле Кениг.