Разгадка одной из самых необычных и заметных звезд на небе, γ Кассиопеи (γ Cas), возможно, найдена: астрономы впервые зафиксировали движение источника ее необычайно сильного рентгеновского излучения по орбите вокруг плотного компаньона. Это открывает ученым возможность поиска целого класса гипотетических двойных систем, существование которых десятилетиями оставалось лишь теоретическим предположением.
Звезда γ Кассиопеи, представляющая собой быстро вращающийся горячий объект, окруженный газовым диском, выбрасывает вещество в окружающее пространство, что приводит к образованию плоских газовых дисков. Эти диски являются источником характерных эмиссионных линий, наблюдаемых в спектре звезды. Подобные светила нередко входят в двойные звездные системы и играют значимую роль в процессе эволюции массивных звезд. Согласно теоретическим моделям, их спутниками могут быть нейтронные звезды, черные дыры или белые карлики – компактные остатки звезд.
Действительно, звезда γ Кассиопеи заметно отличалась от других объектов начиная с середины XX века. Оказалось, что она представляет собой исключительно мощный источник рентгеновского излучения, его яркость в сорок раз превышает показатели обычных массивных звёзд. Это излучение формируется в сверхгорячей плазме, температура которой составляет около 100–150 миллионов градусов, при этом интенсивность постоянно и непредсказуемо меняется в течение секунд.
Первоначальные исследования также показали наличие характерных спектральных линий железа, в том числе так называемой флуоресцентной линии. Она появляется в результате воздействия рентгеновского излучения на более прохладное вещество. Однако, что является источником этого явления?
На протяжении многих лет астрономы предлагали множество различных объяснений. Одно из них связывает явление с магнитными процессами, происходящими на поверхности звезды, и ее взаимодействием с аккреционным диском. Другое предполагает аккрецию вещества на компактный объект-компаньон. Однако прямых подтверждений этим версиям до сих пор не найдено, поскольку существующее оборудование не позволяло точно определить перемещение источника рентгеновских лучей.
С момента запуска обсерватории XRISM, оборудованной высокоточным спектрометром Resolve, произошли значительные изменения. Благодаря ей исследователи провели ряд наблюдений за γ Кассиопеи на различных этапах ее орбиты и впервые получили точные измерения «сдвигов» в линиях железа.
Анализ рентгеновских линий показал, что источник излучения перемещается не в унисон со звездой, а в синхронизации с ее компаньоном. Амплитуда этих смещений составляет около 100 километров в секунду, что соответствует предполагаемой скорости орбитального движения компактного объекта. Исходя из этого, можно сделать вывод, что горячая плазма, генерирующая рентгеновское излучение, находится вблизи спутника – основного источника энергии.
Анализ ширины спектральных линий также выявил, что излучение не исходит из центра быстро вращающегося диска, а генерируется вблизи поверхности его компаньона. Полученные научные данные опубликованы в журнале Astronomy and Astrophysics.
Перечисленные характеристики соответствуют определенной модели развития событий: вероятно, белый карлик γ Кассиопеи поглощает материю из окружающего его диска. Поступающее вещество нагревается до очень высоких температур, что приводит к образованию рентгеновского излучения, а его часть отражается от поверхности сопутствующей звезды, создавая видимую линию флуоресценции железа.
Следовательно, γ Кассиопеи можно причислить к типу двойных звёздных систем, существование которых было предсказано ранее, однако наблюдения за ними были крайне редки: Be-звезда и белый карлик. Это важное открытие, поскольку теории предсказывали, что такие системы должны быть многочисленными — возможно, примерно у половины всех Be-звезд в компаньонах белые карлики. Однако до сих пор обнаружить их практически не удавалось.
Очевидно, что «γ Cas-подобные» объекты, представляющие собой редкую разновидность звёзд типа Бе с аномальным рентгеновским излучением, и есть эти скрытые системы. По оценкам, они составляют примерно 10% звёзд типа Бе на ранних стадиях развития, что является значимым показателем для проверки моделей эволюции двойных звёздных систем.
Существуют и трудности: наблюдаемые характеристики этих объектов не всегда соответствуют теоретическим прогнозам. В частности, массы звёзд и их количество не совпадают с предполагаемыми значениями. Это указывает на необходимость пересмотра современных моделей, описывающих перераспределение массы в двойных звёздных системах.
Суть в том, что речь идет не только о разгадке одной астрономической тайны, но и о пересмотре представлений об эволюции массивных двойных звезд – начиная с момента их зарождения и заканчивая финальными стадиями, включая взрывы сверхновых и формирование компактных объектов. Таким образом, γ Кассиопеи, ранее считавшаяся аномалией, стала ключом к пониманию целого класса систем, которые на протяжении десятилетий оставались «скрытыми», и, вероятно, составляют существенную долю звёздной популяции нашей Галактики.