Астрономы запечатлели взрывы двух звёзд — известные как новые звёзды — в течение нескольких дней после их вспышки с беспрецедентной детализацией.
Прорыв предоставляет прямые доказательства того, что эти взрывы сложнее, чем считалось ранее: они включают множественные выбросы материала и в некоторых случаях драматические задержки в процессе выброса.
Международное исследование, опубликованное в журнале Nature Astronomy, использовало передовой метод, называемый интерферометрией, в Центре высокоразрешающей астрономии (CHARA Array) в Калифорнии. Этот подход позволил учёным объединить свет от нескольких телескопов, достигнув резкости, необходимой для прямого наблюдения быстро развивающихся взрывов.
«Изображения дают нам крупный план того, как материал выбрасывается от звезды во время взрыва», — сказала Гейл Шефер из Университета штата Джорджия, директор CHARA Array. «Чтобы зафиксировать эти кратковременные события, требуется гибкость, чтобы адаптировать наш ночной график по мере обнаружения новых целей».
Новые звёзды возникают, когда плотный звёздный остаток, называемый белым карликом, подвергается неконтролируемой ядерной реакции после кражи материала у звезды-компаньона. До недавнего времени астрономы могли лишь косвенно делать выводы о ранних стадиях этих вспышек, потому что расширяющийся материал выглядел как единая неразрешённая точка света.
Выявление того, как выбрасывается материал и как он взаимодействует, имеет решающее значение для понимания того, как формируются ударные волны в новых звёздах, которые были впервые обнаружены гамма-телескопом Ферми НАСА (Fermi Large Area Telescope, LAT). За свои первые 15 лет Fermi-LAT обнаружил гамма-излучение в гигаэлектронвольтах более чем от 20 новых звёзд, установив, что эти взрывы являются галактическими источниками гамма-излучения и подчеркнув их потенциал в качестве источников множественных сообщений.
Команда сделала снимки двух очень разных новых звёзд, вспыхнувших в 2021 году. Одна из них, Nova V1674 Геркулеса, была одной из самых быстрых за всю историю наблюдений: она становилась ярче и тускнела всего за несколько дней. Изображения показали два отчётливых перпендикулярных выброса газа — доказательство того, что взрыв был вызван множественными взаимодействующими выбросами. Примечательно, что эти вновь появляющиеся потоки были видны на изображениях, в то время как гамма-телескоп Ферми НАСА также зафиксировал высокоэнергетическое гамма-излучение, напрямую связав излучение, питаемое ударными волнами, с взаимодействующими выбросами.
Вторая новая звезда, Nova V1405 Кассиопеи, развивалась гораздо медленнее. Удивительно, но она удерживала свои внешние слои более 50 дней, прежде чем наконец выбросить их, что стало первым явным доказательством задержки выброса. Когда материал наконец был выброшен, были запущены новые ударные волны, снова производящие гамма-излучение, зафиксированное НАСА.
«Эти наблюдения позволяют нам наблюдать за взрывом звезды в реальном времени, что очень сложно и долгое время считалось чрезвычайно сложной задачей», — сказал Элиас Айди, ведущий автор исследования и профессор физики и астрономии в Техасском технологическом университете. «Вместо того чтобы видеть просто простую вспышку света, мы теперь раскрываем истинную сложность того, как разворачиваются эти взрывы. Это как перейти от зернистого чёрно-белого фото к видео высокой чёткости».
Способность различать такие мелкие детали стала возможной благодаря использованию интерферометрии — той же техники, которая позволила получить изображение чёрной дыры в центре нашей галактики. Эти чёткие изображения были дополнены спектрами, полученными от крупных обсерваторий, таких как Gemini, которые отслеживали эволюцию отпечатков пальцев выброшенного газа. По мере появления новых особенностей в спектрах они совпадали со структурами, обнаруженными на интерферометрических изображениях, что обеспечивало мощное подтверждение соответствия того, как потоки формировались и сталкивались.
«Это выдающийся шаг вперёд», — сказал Джон Моннье, профессор астрономии в Мичиганском университете, соавтор исследования и эксперт в области интерферометрической визуализации. «Тот факт, что теперь мы можем наблюдать взрывы звёзд и сразу видеть структуру выбрасываемого в космос материала, поразителен. Это открывает новое окно в некоторые из самых драматических событий во Вселенной».
Результаты не только раскрывают неожиданную сложность новых звёзд, но и помогают объяснить их мощные ударные волны, которые, как известно, производят высокоэнергетическое излучение, такое как гамма-лучи. Телескоп Ферми НАСА стал ключевым инструментом в обнаружении этой связи, утвердив новые звёзды в качестве естественных лабораторий для изучения физики ударных волн и ускорения частиц.
«Новые звёзды — это больше, чем просто фейерверк в нашей галактике — это лаборатории экстремальной физики», — сказала профессор Лора Хомиук, соавтор из Мичиганского государственного университета и эксперт по звёздным взрывам. «Видя, как и когда выбрасывается материал, мы наконец можем соединить точки между ядерными реакциями на поверхности звезды, геометрией выбрасываемого материала и высокоэнергетическим излучением, которое мы обнаруживаем из космоса».
Выводы опровергают давнее представление о том, что вспышки новых звёзд — это единичные импульсивные события. Вместо этого они указывают на разнообразие путей выброса, включая множественные выбросы и задержку выброса оболочки, меняя наше понимание этих космических взрывов.
«Это только начало», — сказал Айди. «С увеличением количества подобных наблюдений мы наконец сможем начать отвечать на важные вопросы о том, как звёзды живут, умирают и влияют на своё окружение. Новые звёзды, которые когда-то считались простыми взрывами, оказываются гораздо богаче и увлекательнее, чем мы себе представляли».