NASA's Chandra находит неожиданные фейерверки в результате звездных взрывов - Научные исследования NASA

Последствия сверхновой, звездного взрыва, обычно представляют собой медленно угасающее облако горячего газа. Поэтому, когда астрономы направили рентгеновскую обсерваторию NASA Chandra на ближайшую галактику Мессье 83 (M83), они не ожидали найти популяцию остатков сверхновых, или обломков от этих взрывов, показывающих драматические изменения в их яркости. Новые результаты были представлены на встрече Американского астрономического общества в Пасадене, Калифорния, и опубликованы в Журнале астрофизики.

Галактика M83, расположенная примерно в 15 миллионах световых лет от Земли, образует звезды с высокой скоростью. Исследователи проанализировали 14 лет данных Chandra о галактике, охватывающих период с 2000 по 2014 годы.

Используя этот обширный набор данных, исследователи зафиксировали удивительные вариации в рентгеновской яркости источников, ранее идентифицированных как остатки сверхновых. Исследователи ожидали, что остатки сверхновых старше ста лет будут постепенно угасать в рентгеновских лучах, но не изменятся драматически в яркости.

Команда обнаружила, что примерно половина из 22 рентгеновских источников, связанных с остатками сверхновых в их выборке, показала изменения в рентгеновской яркости за 14 лет наблюдений — результат, который был совершенно неожиданным.

"Мы знали, что отдельные рентгеновские источники могут варьироваться драматически," — сказала Андреа Прествич из Католического университета Америки, возглавлявшая исследование. "Но обнаружить, что так много остатков сверхновых ведут себя таким образом, было настоящим сюрпризом. Что-то необычное происходит в этих объектах. Определить причину остается задачей, так как расстояние до M83 ограничивает детали, которые мы можем наблюдать."

Один из 22 переменных остатков сверхновой имеет простое объяснение: SN 1957D, обломки сверхновой, впервые наблюдавшейся почти 70 лет назад, сталкиваются с материалом, окружающим место взрыва, производя наблюдаемые рентгеновские всплески. Но это не может объяснить остальную часть выборки. Нет никаких доказательств, что все 22 остатка были образованы в течение последнего века. Должно быть что-то другое, что вызывает изменчивость.

Наиболее вероятное объяснение заключается в том, что команда обнаружила популяцию звезд-выживальщиков, которые пережили разрушение своего партнера в результате взрыва сверхновой. В этом сценарии каждый переменный рентгеновский источник начинался как пара массивных звезд, вращающихся друг вокруг друга. Более массивная звезда коллапсировала и взорвалась как сверхновая, оставив после себя черную дыру или ультратяжелую нейтронную звезду. Ее компаньон выжил.

"Возможно, что эта галактика содержит коллекцию остатков сверхновых, где одна массивная звезда выживает после сверхновой и оказывается запертой в орбите с черной дырой или нейтронной звездой," — сказал соавтор Майкл МаКаллоу из Центра астрофизики | Гарвард и Смитсоновский институт (CfA). "Нейтронная звезда или черная дыра могут начать вытягивать материал с поверхности массивной звезды."

Этот падающий материал нагревается под воздействием интенсивного гравитационного притяжения, производя рентгеновские лучи, которые фиксирует Chandra. Эти типы систем, известные как высокомассовые рентгеновские двойные звезды (HMXBs), являются одними из самых изменчивых рентгеновских источников во Вселенной. Исследователи говорят, что они могут быть причиной вариаций, наблюдаемых в остатках сверхновых M83.

Астрономы знали о HMXBs на протяжении десятилетий, но отличие этой группы в M83 заключается в их связи с остатками сверхновых. Ранее только несколько остатков сверхновых, связанных с HMXBs, были идентифицированы в наблюдениях всех галактик. Непредсказуемо найти более 20 сильных кандидатов всего в одной галактике.

Авторы обнаружили, что переменные остатки сверхновых находятся в регионах с более высокой концентрацией массивных звезд, чем в других частях галактики, что увеличивает шансы на связь между остатками и HMXBs.

Есть еще одно возможное объяснение: вместо того чтобы вытягивать материал от компаньона, черная дыра или нейтронная звезда могут захватывать часть материала, выброшенного наружу в результате первоначального взрыва.

"Это может быть примером космической переработки, где обломки от взрыва падают обратно на тот самый объект, который создала сверхновая," — сказал соавтор Рой Килгард из Уэслианского университета. "И вполне возможно, что обе версии имеют место — разные источники в нашей выборке могут иметь разные происхождения."

Эти результаты не уникальны для M83. Последующее исследование ближайшей звездообразующей галактики M51, проведенное Зои Хойланд из колледжа Васар и Килгардом, выявило аналогичную популяцию переменных рентгеновских источников, связанных с остатками сверхновых, что предполагает, что такие системы могут быть характерной чертой галактик, переживающих интенсивное звездообразование.

Данные Chandra для M83 начались с одиночных наблюдений в 2000 и 2001 годах, за которыми последовали 10 наблюдений с 2010 по 2011 год и еще одно наблюдение в 2014 году.

Космический центр полетов NASA Маршалл в Хантсвилле, штат Алабама, управляет программой Chandra. Центр рентгеновской обсерватории Смитсоновского астрофизического института контролирует научные операции из Кембриджа, штат Массачусетс, и полетные операции из Берлингтона, штат Массачусетс.

Этот релиз включает в себя составное изображение ближайшей галактики Мессье 83 и короткие таймлапс-видео двух любопытных остатков сверхновых, скрытых внутри.

На составном изображении Мессье 83, или M83, показана спиральная структура, видимая прямо. В центре находится яркий белый и желтый поток света. Из этого света спиральные руки горячего розового облака закручиваются в широкие, sweeping arches. Галактика покрыта легким серым туманом и усыпана красными, зелеными, синими, белыми и желтыми точками.

На аннотированной версии составного изображения два крошечных пятна внизу справа от центра выделены белыми кругами. Это два из остатков сверхновых, которые рассматриваются исследователями. Каждый из них дополнительно исследуется в отдельном таймлапс-видео.

В течение 14-летнего периода с 2000 по 2014 годы астрономы направили рентгеновскую обсерваторию NASA на галактику M83. Они обнаружили, что около половины рентгеновских источников, считавшихся остатками сверхновых, последствия звездных взрывов, демонстрировали драматические изменения в яркости. Этот результат был совершенно неожиданным.

Эти изменения в яркости подчеркиваются в таймлапс-видео. В каждом видео серия статических изображений быстро сменяется, сосредоточенная на одном из двух рентгеновских источников, когда-то считавшихся остатками сверхновых. В видео рентгеновские источники выглядят как яркие синие пятна с светящимися ядрами. Но на каждом изображении, сделанном через месяцы или годы, формы меняются, как и интенсивность синего цвета и яркость ядра. Представляя существенно разные изображения одних и тех же объектов одно за другим в быстром succession, создаются короткие таймлапс-видео.

Наиболее вероятное объяснение изменений в яркости заключается в том, что команда обнаружила популяцию звезд-выживальщиков, звезд, которые пережили разрушение орбитального партнера в результате взрыва сверхновой. Материал вытягивается с выжившей звезды на черную дыру или нейтронную звезду, образовавшуюся в результате сверхновой, процесс, известный тем, что вызывает быстрые изменения в рентгеновской яркости.

Читать больше из рентгеновской обсерватории Chandra NASA

Чтобы узнать больше о миссии Chandra NASA, посетите:

https://science.nasa.gov/chandra

https://chandra.si.edu