Астрономи виявили білого карлика, що спалює гелій

Біла карликова зірка може вибухнути як наднова, коли її маса перевищує межу приблизно в 1,4 маси Сонця. Команда під керівництвом Інституту позаземної фізики Макса Планка (MPE) у Гархінге та за участю Боннського університету тепер знайшла подвійну зоряну систему, у якій матерія тече на білого карлика від його супутника.

Система була знайдена завдяки яскравому, так званому надм’якому рентгенівському випромінюванню, яке виникає в результаті ядерного синтезу газу, що переповнився біля поверхні білого карлика. Незвичайність цього джерела полягає в тому, що переливається і горить гелій, а не водень. Виміряна яскравість свідчить про те, що маса білого карлика зростає повільніше, ніж вважалося раніше, що може допомогти зрозуміти кількість наднових, викликаних вибухом білих карликів. Результати опубліковані в журналі Nature.

Білі карлики, що вибухають, вважаються не тільки основним джерелом заліза у Всесвіті, вони також є важливим інструментом для космології. Як так звані наднові типу Ia (SN Ia), усі вони стають приблизно однаково яскравими, що дозволяє астрофізикам точно визначити відстань до галактик-господарів.

Однак навіть після багатьох років інтенсивних досліджень залишається неясним, за яких обставин маса білого карлика може зрости до так званої межі Чандрасекара. Це теоретична верхня межа маси білого карлика, встановлена ​​в 1930 році індійсько-американським астрофізиком і нобелівським лауреатом Субрахманьяном Чандрасекаром.

На початку 1990-х надм’які джерела рентгенівського випромінювання зі стабільним горінням водню на їхніх поверхнях були створені як новий клас об’єктів з ROSAT, і деякий час їх вважали потенційними кандидатами на попередники SN Ia. Проблема з цими джерелами, однак, полягає в надлишку водню: наднові типу Ia не виявляють жодних слідів водню.

Понад 30 років передбачали подвійні зоряні системи, в яких білий карлик зрощується і стабільно спалює гелій на своїй поверхні, але такі джерела ніколи не спостерігалися. Міжнародна група під керівництвом Інституту позаземної фізики Макса Планка (MPE) знайшла джерело рентгенівського випромінювання, в оптичному спектрі якого повністю домінує гелій.

«Надм’яке джерело рентгенівського випромінювання [HP99] 159 відоме з 1990-х років, коли його вперше спостерігали за допомогою ROSAT, нещодавно за допомогою XMM-Newton і тепер за допомогою eROSITA», — пояснює Йохен Грейнер, який проводить аналіз цього джерело в MPE. «Тепер ми змогли ідентифікувати його як оптичне джерело у Великій Магеллановій Хмарі. У його спектрі ми виявили в основному лінії випромінювання гелію, що походять від акреційного диска».

Однак це не розв’яже проблему попередників SN Ia: теоретичні моделі передбачають, що приблизно 2-5% речовини гелієвої зірки-компаньйона буде винесено вибухом SN Ia та викинуто в навколишнє середовище. Однак така кількість гелію не була знайдена в більшості наднових зірок Ia, які спостерігалися на сьогодні. Існує, однак, підклас з меншою світністю, SN Iax, у якому вибух слабший, і тому менше гелію здувається.

Виявлена ​​зараз система [HP99] 159 може опинитися в такій SN Iax відповідно до поточних відомостей, оскільки вимірювання вказують на те, що безперервне горіння гелію в білих карликах можливе навіть при нижчих темпах акреції, ніж теоретично передбачено. Виміряна світність [HP99] 159 приблизно в десять разів менша, ніж очікувалося при канонічній швидкості, в той самий час виміряна рентгенівська температура точно знаходиться в очікуваному діапазоні для стабільного горіння гелію.

«Спостережувана яскравість рентгенівського випромінювання свідчить про те, що спалювання гелію, що надходить у білий карлик, стабілізується його швидким обертанням, що робить ймовірним остаточний вибух наднової системи», — говорить професор, доктор Норберт Лангер з Інституту астрономії Аргеландера, який також є членом відділу трансдисциплінарних досліджень Matter Боннського університету.

Оскільки попередні вимірювання показують, що яскравість залишалася незмінною протягом приблизно 50 років, має бути можливим широкий діапазон швидкості акреції, що призводить до вибухів.

«Зірки без водневих оболонок, такі як зірка-компаньйон, знайдена в [HP99] 159, є важливим проміжним кроком у життєвому циклі подвійних зірок, який має зустрічатися приблизно в 30% таких систем», — каже Джулія Боденштайнер з ESO, яка вивчає масивні зірки з часу її магістерської роботи в MPE. «Таких зірок мало б бути багато, але поки спостерігали лише декілька».

Тепер команда сподівається знайти десятки подібних джерел у двох Магелланових хмарах за допомогою eROSITA. Це повинно дозволити їм додатково обмежити умови для попередників SN Ia.