Как звезды взрываются в реальном времени: телескопы впервые показали сложную механику катастрофы

Когда астрономы говорят о «классической новой», они описывают термоядерный взрыв на поверхности белого карлика. Долгое время считалось, что это событие происходит относительно просто: белый карлик накапливает водород от звезды-компаньона, давление достигает критической точки, происходит вспышка, и оболочка сбрасывается в космос одним мощным импульсом.

Однако недавние данные дают повод пересмотреть этот процесс. Новое исследование, использующее оптическую интерферометрию высокого разрешения, доказывает: взрыв новой — это сложный, многоэтапный процесс, где вещество выбрасывается рывками, с задержками и на разных скоростях. И именно эта хаотичность превращает новые звезды в мощные ускорители частиц.

Почему теорию одного взрыва пришлось пересмотреть?

Первые сомнения появились, когда космический телескоп Fermi начал регистрировать мощное гамма-излучение от вспышек новых (более 20 случаев за последние годы). Гамма-лучи — это признак чрезвычайно высоких энергий. Чтобы они возникли, необходимы ударные волны — области, где материя, летящая с огромной скоростью, врезается в более медленное препятствие.

Если бы новая просто сбрасывала оболочку одним импульсом, такой ударной волне было бы неоткуда взяться: вещество просто разлеталось бы в пустоту. Наличие гамма-лучей говорит о том, что внутри взрыва происходит столкновение потоков газа. Сначала вылетает что-то медленное, а следом — что-то быстрое, догоняющее первый поток.

Но до сих пор это было лишь теорией. Увидеть структуру взрыва новой в первые дни после вспышки практически невозможно — для обычных телескопов это просто точка света.

Как увидеть форму огненного шара за тысячи световых лет?

Авторы исследования использовали массив CHARA (Center for High Angular Resolution Astronomy). Это система из шести телескопов, работающих как один гигантский инструмент. Метод называется интерферометрией: он позволяет различать детали, угловой размер которых составляет миллисекунды дуги.

Это дало возможность получить изображения двух новых звезд — V1674 Her и V1405 Cas — буквально через несколько дней после начала их извержения. Эти два объекта продемонстрировали диаметрально противоположные сценарии выброса материи.

V1674 Her: быстрый удар и мгновенные шоки

Новая V1674 Her, вспыхнувшая в июне 2021 года, стала одной из самых быстрых в истории наблюдений. Она достигла пика яркости и начала затухать менее чем за сутки.

Изображения CHARA, полученные через 2 и 3 дня после вспышки, показали сложную геометрию:

1. Медленный поток: центральная структура эллипсоидной формы.
2. Быстрый поток: перпендикулярные выбросы (похожие на биполярные джеты), расширяющиеся гораздо быстрее центральной части.

Спектральный анализ подтвердил эту картину. Астрономы зафиксировали газ, движущийся со скоростью 3 800 км/с, и другой поток, ускоряющийся до 5 500 км/с. Быстрый ветер нагоняет и врезается в медленный экваториальный поток. Именно это столкновение порождает ударные волны, которые фиксируются как гамма-излучение. В случае V1674 Her вся эта механика сработала практически мгновенно.

V1405 Cas: задержка в 50 дней и «общая оболочка»

Второй объект, V1405 Cas, вел себя иначе. После обнаружения яркость звезды застыла на одном уровне и не росла до пиковых значений почти два месяца.

Интерферометрия в этот период (53 и 55 дней после начала) показала: выброса практически не было. Размер светящейся области оставался компактным (около 1.7 астрономических единиц), что сопоставимо с размером фотосферы красного гиганта, но никак не с разлетающимся облаком взрыва.

Что происходило в эти 50 дней? Система вошла в фазу общей оболочки. Белый карлик раздулся, и его звезда-компаньон оказалась внутри его атмосферы. Орбитальное движение второй звезды внутри плотного газа передавало энергию оболочке, взбивая её, но не выбрасывая полностью.

Только на 67-й день, во время третьего наблюдения, астрономы увидели резкое изменение. Большая часть материи наконец была выброшена, началось быстрое расширение, и появились признаки ударных волн (рентгеновское и гамма-излучение). Основной выброс массы произошел с огромной задержкой после начала термоядерной реакции.

Что это меняет в понимании физики звезд?

Данное исследование предоставляет прямые визуальные доказательства двух ключевых механизмов, которые ранее существовали в виде гипотез:

1. Множественные потоки. Взрыв новой генерирует не одну волну, а серию выбросов с разными скоростями и геометрией (экваториальные кольца и полярные джеты). Их взаимодействие — главный источник энергии излучения в гамма-диапазоне.
2. Задержанный выброс. Термоядерная реакция на поверхности не всегда приводит к мгновенному сбросу оболочки. Звезда может кипеть месяцами, удерживая вещество гравитацией и взаимодействием с компаньоном, прежде чем произойдет окончательный отрыв материи.

Эти наблюдения превращают новые звезды в лаборатории по изучению физики ударных волн и ускорения частиц. Понимание того, как именно звезда теряет массу — через мгновенный взрыв или через затяжную фазу общей оболочки — критически важно для предсказания эволюции двойных звездных систем, которые в конечном итоге могут породить сверхновые типа Ia.

Источник:Nature astronomy