NASA's Chandra знаходить несподівані феєрверки внаслідок зоряних вибухів - Наука NASA

Наслідки наднової, зоряного вибуху, зазвичай являють собою повільно згасаюче хмара гарячого газу. Тож коли астрономи націлили рентгенівську обсерваторію NASA Chandra на сусідню галактику Мессьє 83 (M83), вони не очікували знайти популяцію залишків наднових, або уламків від цих вибухів, які демонструють драматичні зміни в їх яскравості. Нові результати були представлені на зустрічі Американського астрономічного товариства в Пасадені, Каліфорнія, і опубліковані в Журналі астрофізики.

Галактика M83, розташована приблизно за 15 мільйонів світлових років від Землі, формує зірки з високою швидкістю. Дослідники проаналізували 14 років даних Chandra про галактику, охоплюючи період з 2000 по 2014 рік.

Використовуючи цей великий набір даних, дослідники зафіксували несподівані варіації в рентгенівській яскравості джерел, раніше ідентифікованих як залишки наднових. Дослідники очікували, що залишки наднових, старші за століття, поступово згасатимуть у рентгенівських променях, але не змінюватимуться драматично в яскравості.

Команда виявила, що приблизно половина з 22 рентгенівських джерел, пов'язаних із залишками наднових у їхньому зразку, показали зміни в рентгенівській яскравості протягом 14-річного періоду спостережень — результат, який був абсолютно несподіваним.

"Ми знали, що окремі рентгенівські джерела можуть варіюватися драматично," — сказала Андреа Прествіч, з Католицького університету Америки, яка очолила дослідження. “Але виявлення такої кількості залишків наднових, які поводяться таким чином, стало справжнім сюрпризом. У цих об'єктах відбувається щось незвичайне. Визначити причину залишається викликом, оскільки відстань до M83 обмежує деталі, які ми можемо спостерігати.”

Одне з 22 змінних залишків наднової має просте пояснення: SN 1957D, уламки наднової, вперше спостережуваної майже 70 років тому, врізається в матеріал, що оточує місце вибуху, виробляючи спостережувані рентгенівські спалахи. Але це не може пояснити решту зразка. Немає доказів, що всі 22 залишки були сформовані протягом останнього століття. Щось інше повинно бути причиною варіабельності.

Найбільш ймовірне пояснення полягає в тому, що команда виявила популяцію зоряних виживших, зірок, які пережили знищення свого партнера під час вибуху наднової. У цьому сценарії кожне змінне рентгенівське джерело почалося як пара масивних зірок, що обертаються одна навколо одної. Масивніша зірка колапсувала і вибухнула як наднова, залишивши після себе чорну діру або ультратісну нейтронну зірку. Її компаньйон вижив.

"Можливо, що ця галактика містить колекцію залишків наднових, де одна масивна зірка виживає після наднової і стає заблокованою в орбіті з чорною дірою або нейтронною зіркою," — сказав співавтор Майкл МакКаллоу з Центру астрофізики | Гарвард і Смітсонівський інститут (CfA). "Нейтронна зірка або чорна діра можуть почати витягувати матеріал з поверхні масивної зірки."

Цей матеріал, що падає, нагрівається під впливом інтенсивного гравітаційного притягання, виробляючи рентгенівські промені, які виявляє Chandra. Ці типи систем, відомі як рентгенівські бінарні системи високої маси (HMXBs), є одними з найзмінніших рентгенівських джерел у Всесвіті. Дослідники кажуть, що вони можуть бути причиною варіацій, які спостерігаються в залишках наднових M83.

Астрономи знали про HMXBs десятиліттями, але відмінність цієї групи в M83 полягає в їхньому зв'язку з залишками наднових. Раніше лише кілька залишків наднових, пов'язаних з HMXBs, були ідентифіковані під час спостережень усіх галактик. Це безпрецедентно знайти більше 20 сильних кандидатів в одній галактиці.

Автори виявили, що змінні залишки наднових знаходяться в регіонах з вищими концентраціями масивних зірок, ніж в інших частинах галактики, що підвищує шанси на зв'язок між залишками і HMXBs.

Є ще одне можливе пояснення: замість того, щоб витягувати матеріал з компаньйона, чорна діра або нейтронна зірка можуть повторно захоплювати частину матеріалу, що вибухнув назовні під час початкового вибуху.

"Це може бути прикладом космічної переробки, де уламки вибуху падають назад на сам об'єкт, який створила наднова," — сказав співавтор Рой Кілгард з Університету Весліан. "І цілком можливо, що обидва пояснення можуть діяти одночасно — різні джерела в нашому зразку можуть мати різне походження."

Ці результати не є унікальними для M83. Дослідження сусідньої галактики, що формує зірки, M51, проведене Зое Хоіланд з Коледжу Васар і Кілгардом, виявило подібну популяцію змінних рентгенівських джерел, пов'язаних із залишками наднових, що свідчить про те, що такі системи можуть бути характерною рисою галактик, що активно формують зірки.

Дані Chandra для M83 почалися з одиночних спостережень у 2000 і 2001 роках, за якими слідували 10 спостережень з 2010 по 2011 рік і ще одне спостереження в 2014 році.

Космічний центр NASA Маршалла в Хантсвіллі, штат Алабама, керує програмою Chandra. Рентгенівський центр Чандри Смітсонівської астрофізичної обсерваторії контролює наукові операції з Кембриджа, штат Массачусетс, і польотні операції з Берлінгтона, штат Массачусетс.

Цей реліз містить комбіноване зображення сусідньої галактики Мессьє 83 та короткі таймлапс-відео двох цікавих залишків наднових, прихованих всередині.

На комбінованому зображенні Мессьє 83, або M83, показано спіральну структуру, що спостерігається прямо. У центрі — яскравий білий і жовтий pool світла. З цього світла спіральні руки гарячого рожевого хмари закручуються в широкі, sweeping арки. Галактика покрита слабким сірим туманом і усіяна червоними, зеленими, синіми, білими та жовтими крапками.

На анотованій версії комбінованого зображення два маленькі крапки праворуч від центру виділені білими колами. Це два з залишків наднових, які розглядаються дослідниками. Кожен з них розглядається далі в окремому таймлапс-відео.

Протягом 14-річного періоду з 2000 по 2014 рік астрономи націлили рентгенівську обсерваторію NASA на галактику M83. Вони виявили, що близько половини рентгенівських джерел, які вважалися залишками наднових, наслідками зоряних вибухів, демонстрували драматичні зміни в яскравості. Цей результат був абсолютно несподіваним.

Ці зміни в яскравості підкреслені в таймлапс-відео. У кожному відео серія статичних зображень швидко змінюється, зосереджуючись на одному з двох рентгенівських джерел, які колись вважалися залишками наднових. У відео рентгенівські джерела виглядають як яскраві блакитні плями з світними ядрами. Але на кожному зображенні, зробленому через місяці або роки, форми змінюються, так само як і інтенсивність блакитного кольору та яскравість ядра. Презентуючи суттєво різні зображення тих самих об'єктів одне за одним у швидкій послідовності, створюються короткі таймлапс-відео.

Найбільш ймовірне пояснення змін у яскравості полягає в тому, що команда виявила популяцію зоряних виживших, зірок, які пережили знищення свого орбітального партнера під час вибуху наднової. Матеріал витягується з вижившої зірки на чорну діру або нейтронну зірку, що утворилася в надновій, процес, відомий як причина швидких змін у рентгенівській яскравості.

Читати більше з рентгенівської обсерваторії NASA Chandra

Щоб дізнатися більше про місію NASA Chandra, відвідайте:

https://science.nasa.gov/chandra

https://chandra.si.edu