После многолетних исследований астрофизикам удалось найти объяснение тайне, которая долгое время оставалась одной из центральных проблем в изучении звезд. Звезда Гамма Кассиопеи (γ Cas), заметная невооруженным глазом в созвездии Кассиопеи, проявляла необычное рентгеновское излучение, характеристики которого – интенсивность и температура – не соответствовали обычному поведению массивных звезд.
Используя данные, полученные с помощью прибора Resolve, установленного на японском космическом телескопе XRISM, ученые из Льежского университета и их коллеги смогли определить источник этого излучения и убедиться в наличии целого класса двойных систем, ранее существовавшего лишь в качестве теоретической гипотезы.
Загадочная история берет свое начало в 1866 году, когда итальянский астроном Анджело Секки впервые классифицировал γ Cas как звезду типа Be – быстро вращающуюся массивную звезду, вокруг которой формируется диск из выбрасываемого вещества. В 1976 году было установлено, что этот объект испускает рентгеновское излучение, чья светимость в 40 раз выше, чем у сопоставимых массивных звезд, а плазма нагревается до температур, превышающих 100 миллионов градусов, и характеризуется аномальной изменчивостью.
За два последующих десятилетия наблюдения, проведенные с использованием крупных космических обсерваторий, выявили около 20 объектов, обладающих схожими характеристиками. Эти объекты были объединены в подкласс, получивший название «аналоги гаммы Кассиопеи». Значительный вклад в это открытие внесли астрономы Льежского университета, которые идентифицировали более половины из этих систем.
На протяжении длительного периода времени выдвигались различные гипотезы, направленные на объяснение природы этого сильного излучения. Согласно одной из них, оно связано с локальным магнитным пересоединением, происходящим между поверхностью звезды типа Be и аккреционным диском. Альтернативные теории указывали на возможность наличия компаньона, которым могла бы являться звезда, потерявшая внешние слои, нейтронная звезда или аккрецирующий белый карлик.
Предварительные работы исследователей из Льежа уже позволили отсеять два первоначальных варианта спутника, поскольку имеющиеся данные противоречили теоретическим моделям. Следовательно, аккрецирующий белый карлик и магнитные взаимодействия оставались наиболее вероятными кандидатами, однако ни одно из наблюдений не предоставило возможности сделать окончательный выбор между ними.
Для разрешения возникшего разногласия, исследовательская группа провела ряд наблюдений, используя прибор Resolve — микрокалориметр, установленный на космическом телескопе XRISM. Этот телескоп предоставляет спектры, отличающиеся исключительной точностью. Наблюдения проводились в три этапа: в декабре 2024 года, а также в феврале и июне 2025 года. Они охватили полный цикл орбитального движения двойной системы, который составляет 203 дня.
Анализ полученных спектров выявил изменение скорости сигнатур высокотемпературной плазмы между тремя измерениями. Эта динамика оказалась созвучна орбитальному движению белого карлика, а не звезды типа Be. Обнаруженное смещение было подтверждено с высокой статистической достоверностью и стало первым прямым доказательством того, что ультрагорячая плазма, являющаяся источником рентгеновского излучения, связана с компактным компаньоном. Умеренная ширина сигнатур указывает на то, что данный белый карлик обладает магнитным полем.
Полученные данные позволяют установить, что γ Cas и подобные ей объекты являются двойными системами, включающими звезду Be и белый карлик. Эта категория объектов давно предсказывалась теоретическими расчетами, однако ранее не была однозначно определена. В процессе исследования астрономы также установили, что данная популяция в основном состоит из массивных звезд Be, что противоречит существующим теоретическим моделям и требует пересмотра концепций эволюции двойных звезд.
По мнению авторов исследования, раскрытие этой тайны определит новые области для дальнейших изысканий на долгие годы, поскольку изучение эволюции двойных систем критически важно для понимания таких явлений, как гравитационные волны, возникающие в результате взаимодействия массивных двойных систем в конце их жизненного цикла.
Результаты этого исследования в журнале Astronomy & Astrophysics.