Астрономы обнаружили белый карлик, сжигающий гелий, который может стать сверхновой
Белый карлик может взорваться как сверхновая, когда его масса превысит предел примерно в 1,4 массы Солнца. Группа ученых, возглавляемая Институтом внеземной физики им. Макса Планка (MPE) в Гархинге и Боннским университетом, обнаружила двойную звездную систему, в которой материя перетекает на белого карлика от его компаньона.
Система была обнаружена благодаря так называемому сверхмягкому рентгеновскому излучению, которое возникает в результате ядерного синтеза перетекшего газа вблизи поверхности белого карлика.
Необычность этого источника заключается в том, что переливается и горит не водород, а гелий. Измеренная светимость предполагает, что масса белого карлика растет медленнее, чем считалось возможным ранее, что может помочь понять количество сверхновых, вызванных взрывом белых карликов.
Взрывающиеся белые карлики считаются не только основным источником железа во Вселенной, но и важным инструментом космологии. Как сверхновые типа Ia, все они становятся примерно одинаково яркими, что позволяет астрофизикам точно определять расстояние до их родительских галактик.
Однако даже после многих лет интенсивных исследований остается неясным, при каких обстоятельствах масса белого карлика может вырасти до так называемого предела Чандрасекара. Это теоретический верхний предел массы белого карлика, полученный в 1930 году американским астрофизиком индийского происхождения и лауреатом Нобелевской премии Субрахманьяном Чандрасекаром.
В начале 1990-х годов источники сверхмягкого рентгеновского излучения со стабильным горением водорода на их поверхности были установлены как новый класс объектов, и какое-то время они считались потенциальными кандидатами в прародители Ia. Однако проблема с этими источниками заключается в содержании в них водорода: сверхновые типа Ia не обнаруживают его следов.
Уже более 30 лет предсказываются двойные звездные системы, в которых белый карлик стабильно аккрецирует и сжигает гелий на своей поверхности, но такие источники никогда не наблюдались. Теперь международная группа ученых обнаружила источник рентгеновского излучения, в оптическом спектре которого полностью преобладает гелий.
«Источник сверхмягкого рентгеновского излучения [HP99] 159 известен с 1990-х годов, когда его впервые наблюдали с помощью ROSAT, совсем недавно — с помощью XMM-Newton, а теперь — с eROSITA», — объясняет Йохен Грайнер, автор исследования. «Теперь мы смогли идентифицировать его как оптический источник в Большом Магеллановом Облаке. В его спектре мы обнаружили в основном эмиссионные линии гелия, исходящие из аккреционного диска» .
Однако это не решает проблему прародителей Ia: теоретические модели предсказывают, что около 2-5% гелия звезды компаньона будет унесено взрывом Ia и выброшено в окружающую среду. Однако такое количество гелия не было обнаружено в большинстве наблюдаемых на сегодняшний день сверхновых Ia. Однако есть подкласс с меньшей светимостью — Iax, в котором взрыв слабее, и поэтому выдувается меньше гелия.
Обнаруженная сейчас система [HP99] 159 может оказаться такой сверхновой Iax согласно современным знаниям, поскольку проведенные измерения показывают, что непрерывное горение гелия в белых карликах возможно даже при более низких темпах аккреции, чем теоретически предсказано. Измеренная светимость [HP99] 159 примерно в десять раз меньше ожидаемой по канонической норме, в то же время измеренная рентгеновская температура находится точно в ожидаемом диапазоне стабильного горения гелия.
«Наблюдаемая яркость в рентгеновском излучении предполагает, что горение втекающего гелия в белый карлик стабилизируется его быстрым вращением, что делает вероятным окончательный взрыв сверхновой в системе», — говорят ученые.
Поскольку предыдущие измерения показывают, что светимость оставалась неизменной в течение примерно 50 лет, должен быть возможен широкий диапазон скоростей аккреции, приводящих к взрывам.
«Звезды без водородных оболочек, такие как звезда-компаньон, обнаруженная в [HP99] 159, являются важным промежуточным этапом в жизненном цикле двойных звезд, который должен происходить примерно в 30% таких систем», — говорит Джулия Боденштайнер из ESO, автор исследования. «Таких звезд должно быть много, но до сих пор наблюдались лишь некоторые».
Теперь команда надеется найти десятки подобных источников в двух Магеллановых Облаках с помощью eROSITA. Это должно позволить им дополнительно ограничивать условия для предшественников сверхновых Ia.
Результаты опубликованы в журнале Nature.