Телескоп XRISM помог астрономам разгадать 50-летнюю загадку аномального рентгеновского излучения звезды Гамма Кассиопеи
Астрофизикам наконец удалось разгадать тайну, которая на протяжении полувека оставалась одной из главных загадок в изучении звезд. Звезда Гамма Кассиопеи (γ Cas), хорошо видимая невооруженным глазом в созвездии Кассиопеи, демонстрировала аномальное рентгеновское излучение, чья интенсивность и температура не соответствовали представлениям об обычных массивных светилах.
Благодаря наблюдениям, проведенным с помощью инструмента Resolve, установленного на японском космическом телескопе XRISM, группа астрономов под руководством ученых Льежского университета смогла не только установить источник этого излучения, но и подтвердить существование целого класса двойных систем, долгое время остававшегося лишь теоретическим предсказанием.
История загадки началась еще в 1866 году, когда итальянский астроном Анджело Секки впервые идентифицировал γ Cas как звезду типа Be, то есть быстро вращающуюся массивную звезду, которая регулярно выбрасывает вещество, формирующее вокруг нее характерный диск. Однако в 1976 году выяснилось, что этот объект генерирует рентгеновское излучение, светимость которого примерно в 40 раз превышает показатели аналогичных массивных звезд, а плазма нагревается до температур свыше 100 миллионов градусов и демонстрирует необычайно быструю изменчивость.
Последующие два десятилетия наблюдений с помощью крупных космических обсерваторий позволили выявить около 20 объектов со схожими свойствами, которые объединили в подкласс, названный «аналогами гаммы Кассиопеи». Важно отметить, что астрономы Льежского университета сыграли в этом ключевую роль, идентифицировав более половины из этих систем.
Долгое время существовало несколько гипотез, пытавшихся объяснить природу этого мощного излучения. Одна из них связывала его с локальным магнитным пересоединением между поверхностью звезды типа Be и ее диском. Другие теории предполагали, что источник кроется в наличии компаньона, которым могла быть звезда, лишенная внешних слоев, нейтронная звезда или аккрецирующий белый карлик.
Предыдущие исследования ученых из Льежа уже позволили исключить первые два варианта компаньонов из-за противоречий между наблюдательными данными и теоретическими моделями. Таким образом, в качестве наиболее вероятных кандидатов оставались аккрецирующий белый карлик и магнитные взаимодействия, однако ни одно из наблюдений не давало возможности сделать окончательный выбор между ними.
Чтобы поставить точку в этом споре, исследовательская команда провела серию наблюдений с использованием прибора Resolve — микрокалориметра на борту космического телескопа XRISM, который предоставляет спектры непревзойденной точности. Было выполнено три цикла наблюдений: в декабре 2024 года, а также в феврале и июне 2025 года, которые охватили весь диапазон орбитального движения двойной системы, период которой составляет 203 дня.
Полученные спектры показали, что сигнатуры высокотемпературной плазмы меняют свою скорость между тремя наблюдениями, и эта динамика соответствовала орбитальному движению белого карлика, а не звезды типа Be. Это смещение, измеренное с высокой статистической достоверностью, стало первым прямым доказательством того, что ультрагорячая плазма, ответственная за рентгеновское излучение, связана именно с компактным компаньоном, а умеренная ширина сигнатур указала на то, что этот белый карлик является магнитным.
Эти результаты позволяют идентифицировать γ Cas и ее аналоги как двойные системы, состоящие из звезды Be и белого карлика, — популяцию объектов, существование которой давно предсказывалось теоретически, но которая никогда не была четко идентифицирована. В ходе работы астрономы также выявили, что эта популяция преимущественно охватывает массивные звезды Be, что расходится с теоретическими моделями и указывает на необходимость пересмотра представлений об эволюции двойных звезд.
Как отмечают авторы исследования, разгадка этой тайны открывает новые направления для исследований на годы вперед, поскольку понимание эволюции двойных систем имеет решающее значение для изучения таких явлений, как гравитационные волны, источником которых как раз и являются массивные двойные системы на заключительных этапах своего существования.
Результаты этого исследования в журнале Astronomy & Astrophysics.