XRISM определяет источник гамма-излучения в рентгеновском диапазоне, разгадав 50-летнюю загадку

Звезда Кассиопеи, видимая невооруженным глазом в созвездии Кассиопеи, уже полвека ставит в тупик астрофизиков. Она испускает рентгеновские лучи такой интенсивности и с такой температурой, которые не соответствуют тому, что можно было бы ожидать от обычной массивной звезды. Наблюдения, проведенные с помощью прибора Resolve на борту японского телескопа XRISM, позволили установить, что это излучение исходит от белого карлика, вращающегося вокруг ? Кассиопеи. Это также подтверждает существование семейства двойных систем, существование которых давно предсказывалось, но так и не было подтверждено.

Гамма Кассиопеи была первой звездой типа Be, которую в 1866 году идентифицировал как таковую итальянский астроном Анджело Секки. Звезды типа Be — это быстро вращающиеся массивные звезды, которые регулярно выбрасывают вещество. Это вещество образует вокруг звезды диск, наличие которого можно определить по характерным излучениям в оптическом спектре.

В 1976 году стало известно, что гамма-Кассиопея испускает рентгеновские лучи со светимостью примерно в 40 раз большей, чем у сопоставимых по массе звёзд, при этом плазма нагревается до температуры более 100 миллионов градусов и демонстрирует необычно высокую переменность.

В результате двух десятилетий наблюдений с помощью крупных космических обсерваторий было обнаружено около 20 объектов с такими же свойствами, которые образуют подкласс звёзд, названных «аналогами гамма-Кассиопеи». Астрономы из Льежского университета сыграли решающую роль в их обнаружении, идентифицировав более половины этих объектов.

«Было предложено несколько сценариев, объясняющих это излучение, — объясняет Яэль Назе, астроном из Льежского университета. — Один из них предполагал локальное магнитное пересоединение между поверхностью звезды Be и ее диском. Согласно другим сценариям, рентгеновское излучение было связано с компаньоном — звездой, лишенной внешних слоев, нейтронной звездой или аккрецирующим белым карликом».

Астрономы из Университета Льежа уже исключили первые два типа компаньонов на основании противоречий между наблюдениями и теоретическими прогнозами. Аккрецирующий белый карлик и магнитные взаимодействия оставались возможными кандидатами, но ни одно из наблюдений не позволяло сделать выбор.

Чтобы решить эту проблему, команда провела исследование с использованием Resolve, микрокалориметра на борту японского космического телескопа XRISM — прибора, который обеспечивает непревзойденную точность спектрометрии и совершает революцию в астрофизике высоких энергий.

Было проведено три наблюдения: в декабре 2024 года, в феврале и июне 2025 года. Эти наблюдения охватывали весь диапазон орбитального движения двойной системы с периодом 203 дня.

«Спектры показали, что характеристики высокотемпературной плазмы меняются в зависимости от скорости движения белого карлика по орбите, а не звезды Be», — продолжает исследователь.

«Этот сдвиг был измерен с высокой статистической достоверностью. По сути, это первое прямое доказательство того, что сверхгорячая плазма, излучающая рентгеновские лучи, связана с компактным компаньоном, а не с самой звездой типа Be».

Умеренная ширина этих сигнатур (порядка 200 км/с) дает дополнительную информацию. Она фактически исключает возможность того, что аккреция происходит на немагнитном белом карлике во внутренних областях диска, которые быстро вращаются и поэтому дают очень широкие сигнатуры.

Таким образом, наблюдения позволяют предположить, что белый карлик обладает магнитным полем: диск усекается, а магнитное поле направляет аккрецируемый материал к полюсам.

Эти результаты позволяют идентифицировать ? Кассиопеи и аналогичные ей объекты как двойные системы, состоящие из белого карлика и бериллиевой звезды. Существование таких объектов давно предсказывалось, но их так и не удалось точно идентифицировать.

Астрономы из Университета Льежа также выделили две отличительные особенности этой популяции: в основном она состоит из массивных Be-звезд, на долю которых приходится около 10% таких звезд. Однако теоретические модели предсказывали не только более высокую долю, но и наличие маломассивных Be-звезд.

«Это несоответствие указывает на необходимость пересмотра моделей эволюции двойных систем, особенно в том, что касается эффективности переноса массы между компонентами. Такой вывод согласуется с результатами нескольких недавних независимых исследований. Таким образом, разгадка этой тайны открывает новые направления исследований на долгие годы вперед! Понимание эволюции двойных систем крайне важно для изучения, например, гравитационных волн, поскольку именно массивные двойные системы испускают их в конце своего существования», — заключил Назе.

На изображении:

Гамма Киля состоит из звезды типа Be, окруженной диском из вещества; часть этого вещества движется в сторону звезды-компаньона; вокруг звезды-компаньона образуется второй диск, и вещество в конечном итоге стекает к полюсам, где испускает рентгеновские лучи (зеленые стрелки). Часть этих рентгеновских лучей отражается от поверхности белого карлика (фиолетовые стрелки).