Миссия NASA NuSTAR доказала, что от звезды-гипергиганта Эта Киля исходят космические лучи

Новое исследование на основе данных космического телескопа NASA NuSTAR предполагает, что Эта Киля, самая яркая и массивная звёздная система, расположенная в пределах 10 000 световых лет от нас, ускоряет частицы до высоких энергий так, что некоторые из них могут достигать Земли в качестве космических лучей.

Космические лучи с энергиями, превышающими 1 млрд электрон-вольт (эВ), приходят к нам из-за пределов Солнечной системы. Но так как эти частицы — электроны, протоны и ядра атомов — несут электрический заряд, они отклоняются от курса, когда сталкиваются с магнитными полями. Это путает их траекторию и скрывает происхождение.

Эта Киля, расположенная в Южном созвездии Киля, около 7500 световых лет от нас, известна благодаря вспышке, произошедшей в XIX веке, которая ненадолго сделала звезду второй по яркости в небе. Это событие также породило массивную туманность в форме песочных часов, но причины её возникновения остаются малоизученными.

Система содержит две массивные звезды, эксцентрические орбиты которых сближают их каждые 5,5 лет. Звёзды в 90 и 30 раз больше массы нашего Солнца, соответственно, и при наибольшем сближении проходят в 225 миллионах километров друг от друга — расстоянии, примерно как между Марсом и Солнцем.

Обе звезды Эта Киля создают мощные потоки, называемые звёздным ветром. Места столкновения этих ветров меняются в зависимости от орбитального цикла, в ходе чего образуется периодический сигнал низкоэнергетических рентгеновских лучей.

Космический телескоп NASA Fermi также наблюдает изменения гамма-лучей — света, содержащего намного больше энергии, чем рентгеновские лучи - от источника в направлении Эта Киля. Но обзор Fermi не такой чёткий, как у рентгеновских телескопов, поэтому астрономы не смогли подтвердить связь.

Чтобы устранить пробел в данных низкоэнергетического рентгеновского наблюдения и телескопа Fermi, учёные обратились к NuSTAR. Запущенный в 2012 году, телескоп NuSTAR может уловить рентгеновские лучи гораздо большей энергии, чем предыдущие телескопы. Используя и новые данные, и данные из архива, группа изучила наблюдения NuSTAR, полученные в период с марта 2014 по июнь 2016, в одно время с рентгеновским телескопом XMM-Newton Европейского космического агентства, зафиксировавшего лучи с более низкой энергией.

Низкоэнергетические рентгеновские лучи Эта Киля появляются из газа на границе сталкивающихся звёздных ветров, где температура превышает 40 миллионов градусов по Цельсию. Но NuSTAR обнаружил источник, излучающий выше 30000 эВ в рентгеновском диапазоне, почти в три раза выше, чем предполагалось. Для сравнения, энергия видимого света составляет от 2 до 3 эВ.

Анализ, проведённый учёными, показывает, что эти “жёсткие” рентгеновские лучи отличаются от орбитального периода бинарной системы, но обладают похожей схемой выброса энергии, как и гамма-лучи, наблюдаемые Fermi.

Учёные говорят, что лучшим объяснением жёсткого рентгеновского и гамма-излучения являются электроны, ускоряемые ударными волнами на границе столкновения звёздных ветров. Рентгеновское излучение, обнаруженное с помощью NuSTAR, и гамма-лучи, обнаруженные Fermi, возникают из звёздного света, получившего огромный заряд энергии от взаимодействия с электронами.

Сверхбыстрые электроны, как и другие ускоренные частицы, покидают систему и некоторые в конечном итоге достигают Земли, где могут быть зафиксированы как космические лучи.

NuSTAR – миссия программы Small Explorer, возглавляемая Калифорнийским технологическим институтом и управляемая Лабораторией реактивных двигателей Дирекции научных миссий NASA в Вашингтоне. NuSTAR был разработан совместно с Датским техническим университетом и Итальянским космическим агентством. Космический аппарат был построен компанией Orbital Sciences Corporation в городе Даллес, штат Вирджиния. Центр управления полётами NuSTAR находится в Беркли, официальный архив данных - в научном архиве астрофизики высоких энергий исследовательского центра NASA. Итальянское космическое агентство предоставляет наземную станцию миссии. Калифорнийский технологический институт руководит Лабораторией реактивных двигателей NASA.

Пояснение к изображению 2: Эта Киля в рентгеновском диапазоне. Снимок получен космической рентгеновской обсерваторией NASA Chandra. Разные цвета соответствуют различным энергиям. Красный – от 300 до 1000 электрон-вольт (эВ), зелёный - от 1000 до 3000 эВ, синий - от 3000 до 10 000 эВ. Для сравнения, энергия видимого света составляет от 2 до 3 эВ. Наблюдения NuSTAR (зелёные контуры) показывают источник рентгеновского излучения с энергиями примерно в три раза мощнее тех, которые способен обнаружить телескоп Chandra. Рентгеновские лучи, исходящие из источника в центре, возникают из-за столкновения звёздных ветров. Обнаружение NuSTAR показывает, что ударные волны в области столкновения ветров ускоряют заряженные частицы, такие как электроны и протоны, практически до скорости света. Некоторые из них могут достигнуть Земли, где будут зафиксированы как частицы космических лучей. Рентгеновские лучи, которые были рассеяны космическим мусором, выброшенным звездой Эта Киля при знаменитом взрыве в 1840 году, могут увеличить зону красного излучения.

Источник: www.nasa.gov