Поиск улик в руинах мертвой звезды с помощью телескопа «Чандра»
Археология сверхновых в системе GRO J1655-40
Исследование, проведенное астрономами с использованием данных рентгеновской обсерватории Chandra, представляет собой инновационный подход к изучению космических объектов через анализ их химического состава. Этот метод, названный «археологией сверхновых», позволяет реконструировать историю звезд, которые уже прекратили свое существование, но оставили после себя следы в виде черных дыр, нейтронных звезд и других остатков.
Система GRO J1655-40 находится на расстоянии около 10 400 световых лет от Земли и состоит из черной дыры массой около 7 солнечных и звезды-компаньона, масса которой вдвое меньше солнечной. Однако изначально система представляла собой двойную звезду, где более массивный компонент (предположительно, около 25 масс Солнца) исчерпал свое ядерное топливо и взорвался как сверхновая. В результате взрыва внешние слои звезды были выброшены в пространство, часть из них «обогатила» звезду-компаньон, а оставшееся ядро коллапсировало в черную дыру.
Со временем расстояние между черной дырой и звездой уменьшилось из-за потери энергии, в основном через гравитационного воздействия. Когда они сблизились достаточно, черная дыра начала перетягивать вещество со звезды, формируя аккреционный диск. Часть этого вещества выбрасывается в виде мощных ветров, которые и стали ключом к исследованию.
Рентгеновская спектроскопия как инструмент археологии
В 2005 году Chandra зафиксировала яркую рентгеновскую активность системы, позволившую детально изучить состав ветров, исходящих от аккреционного диска. Спектральный анализ выявил присутствие 18 различных элементов, включая кремний, серу, аргон и железо. Сравнение их концентраций с моделями звездной эволюции показало, что исходная звезда была не только массивной, но и обладала повышенным содержанием элементов тяжелее гелия по сравнению с Солнцем.
Это исследование демонстрирует, что даже после гибели звезды ее химический «отпечаток» сохраняется в окружающей системе и может быть расшифрован. Метод «археологии сверхновых» открывает новые возможности для изучения эволюции двойных систем, механизмов сверхновых и процессов обогащения межзвездной среды тяжелыми элементами.
Публикация в The Astrophysical Journal под названием «Археология сверхновых с рентгеновскими двойными ветрами: случай GRO J1655−40» (авторы: Ноа Кешет, Эхуд Бехар и Тимоти Каллман) подтверждает значимость этого подхода. В будущем аналогичные исследования могут быть применены к другим системам с черными дырами и нейтронными звездами, что позволит глубже понять историю звездного населения Галактики.
Когда в 2005 году астрономы наблюдали за этой системой с помощью рентгеновской обсерватории «Чандра», они обнаружили в рентгеновском излучении сигнатуры отдельных элементов. Некоторые из этих элементов выделены на графике спектра, показанном на вставке, расположенной в левом верхнем углу. Вертикальная ось графика, расположенная слева от нас, показывает яркость рентгеновского излучения от 0,0 до 0,7 в единицах интенсивности. Горизонтальная ось в нижней части графика обозначает длину волны от 6 до 12 в единицах ангстрем. На графике узкая зигзагообразная линия начинается вблизи вершины вертикальной оси и наклоняется вниз к дальнему концу горизонтальной оси. Резкие провалы показывают длины волн, на которых свет поглощается различными элементами, уменьшая яркость рентгеновского излучения. Некоторые из элементов, вызывающих эти провалы, были обозначены: кремний, магний, железо, никель, неон и кобальт.