Новый класс рентгеновских источников может раскрыть происхождение сверхновых типа Ia
Астрономы с помощью рентгеновской обсерватории NASA Chandra обнаружили новый класс космических объектов, которые ведут себя не так, как известные ранее источники рентгеновского излучения. Они испускают преимущественно очень низкоэнергетические рентгеновские лучи и одновременно создают мощное ультрафиолетовое излучение. Учёные предполагают, что эти объекты могут помочь разобраться сразу с двумя давними проблемами астрофизики.
Команда проанализировала открытые архивные данные Chandra для шести галактик и обнаружила в общей сложности 84 необычных источника. Исследователи назвали их сверхмягкими рентгеновскими источниками, поскольку их излучение сосредоточено в самой низкоэнергетической части рентгеновского диапазона.
Две исследованные галактики — спиральные M31, более известная как галактика Андромеды, и M101, или галактика Вертушка. Ещё четыре галактики относятся к эллиптическому типу. Новые источники обнаружились как в областях активного звездообразования, так и в регионах, где преобладают старые звёзды.
Объекты удалось выделить благодаря необычному распределению их излучения по энергиям. Они хорошо видны на изображениях Chandra в низкоэнергетическом рентгеновском диапазоне, но исчезают на снимках, полученных при более высоких энергиях. Это означает, что они испускают намного больше мягкого рентгеновского излучения, чем жёсткого.
Поскольку низкоэнергетический рентгеновский диапазон соседствует в электромагнитном спектре с высокоэнергетическим ультрафиолетом, исследователи пришли к выводу, что такие объекты должны быть также чрезвычайно яркими в ультрафиолетовом диапазоне.
Точная природа новых источников пока неизвестна. Учёные считают, что наиболее вероятно они представляют собой двойные системы, в которых компактный объект — чёрная дыра, нейтронная звезда или белый карлик — перетягивает вещество со звезды-компаньона.
Падающее вещество нагревается и начинает излучать в рентгеновском диапазоне перед тем, как попасть на поверхность белого карлика или нейтронной звезды либо пересечь горизонт событий чёрной дыры. Подобные аккрецирующие двойные системы давно известны, однако сочетание настолько мягкого рентгеновского спектра с очень мощным ультрафиолетовым излучением прежде для целой популяции объектов не наблюдалось.
Исследование указывает, что в галактиках может существовать многочисленная ранее не обнаруженная популяция таких двойных систем. Их удалось пропустить в предыдущих обзорах из-за особенностей излучения.
Одна из астрофизических проблем, которую новые объекты потенциально могут помочь решить, связана с происхождением сверхновых типа Ia. Считается, что по крайней мере часть таких взрывов происходит в двойных системах, где белый карлик получает вещество от звезды-компаньона.
Сверхновые типа Ia имеют большое значение для космологии, поскольку используются для измерения расстояний и изучения расширения Вселенной. Именно наблюдения таких сверхновых сыграли ключевую роль в открытии ускоренного расширения космоса. Однако астрономам до сих пор трудно непосредственно обнаруживать системы-предшественники до момента взрыва.
Если часть обнаруженных Chandra сверхмягких источников действительно представляет собой белые карлики, активно накапливающие вещество, они могут оказаться недостающей популяцией возможных предшественников сверхновых типа Ia. Это позволило бы изучать такие системы ещё до взрыва и лучше понять, какие физические процессы запускают термоядерное разрушение белого карлика.
Вторая проблема касается ионизации межзвёздного газа в некоторых галактиках. Для отрыва электронов от атомов требуется достаточно энергичное излучение, и горячие массивные звёзды способны обеспечивать часть необходимого ультрафиолетового потока. Однако наблюдаемую степень ионизации не всегда удаётся полностью объяснить только их излучением.
Сверхмягкие рентгеновские источники могут давать значительный дополнительный поток высокоэнергетического ультрафиолета и тем самым участвовать в ионизации межзвёздной среды. Этот процесс важен для эволюции галактик, поскольку состояние газа влияет на условия образования новых звёзд.
Обнаружить такие источники раньше было трудно сразу по двум причинам. Их мягкое рентгеновское излучение сложно регистрировать даже специализированными рентгеновскими телескопами, а значительная часть высокоэнергетического ультрафиолета поглощается водородом и гелием в межзвёздном пространстве.
По словам соавтора работы Розанны Ди Стефано из Центра астрофизики Гарвардского и Смитсоновского институтов, систематический анализ архива Chandra позволил устранить один из подобных «слепых участков» наблюдений и обнаружить то, что может оказаться новым классом ярких космических источников.
Следующим этапом станет определение физической природы найденных объектов и проверка того, действительно ли среди них присутствуют системы-предшественники сверхновых типа Ia. Учёным также предстоит оценить, какую долю ионизирующего излучения галактик способна создавать эта ранее скрытая популяция.
Исследование в журнале Nature Astronomy.