Вопросы и ответы: Астрономы ожидают звездного взрыва, который случается только раз в 80 лет

Мы встретились с Тони Прио, астрофизиком-теоретиком из Научной обсерватории Карнеги, чтобы поговорить о Т Coronae Borealis, звездном взрыве, который происходит каждые 80 лет и, как ожидается, вспыхнет в ближайшие месяцы.

Вопрос: Мы видели некоторые заголовки о звездном взрыве, который может произойти очень скоро. Можете ли вы рассказать нам, что это такое?

Тони Пиро: Это Т Coronae Borealis. Это двойная звезда, состоящая из белого карлика и красного гиганта. Белый карлик — это, по сути, остатки угольков после того, как звезда израсходовала свое ядерное топливо, и его масса почти на 40% больше, чем у нашего Солнца.

Двойная звезда находится на орбите 227 дней. Красный гигант настолько велик, что его вещество утягивается гравитацией белого карлика. Этот материал образует диск вокруг белого карлика. Со временем диск переносит материал на поверхность белого карлика.

T Coronae Borealis известна как система «повторяющейся новой». По мере того как материал накапливается на белом карлике, он становится горячее и плотнее, пока не вызовет термоядерный взрыв. Это приводит к возгоранию поверхностного материала, создавая яркое событие, которое может длиться от нескольких недель до месяцев. Это называется новая.

Иногда для формирования и воспламенения новой звезды требуются десятки или даже сотни тысяч лет. Большинство новых, которые мы наблюдаем в нашей галактике, именно такие. Одна из причин, по которой T Cor Borealis настолько особенная, заключается в том, что ее новые звезды формируются гораздо быстрее.

Это связано с тем, что белый карлик более массивен, чем большинство других, что позволяет накапливающемуся материалу гораздо быстрее достигать более высоких давлений и температур. Нам известно около 10 таких повторяющихся новых в нашей галактике, но T Coronae Borealis — самая близкая.

Когда в последний раз взорвалась T Coronae Borealis?

Последний раз был в 1946 году, а до этого в 1866 году. С чисто математической точки зрения новая должна появляться каждые 80 лет. Но помимо этого, в каждой из предыдущих новых было замечено, что белый карлик проходил через разные состояния на пути к извержению.

Во-первых, он яркий в течение примерно 10 лет до взрыва. И мы думаем, что это связано с тем, что по мере увеличения массы диска он сбрасывает на белый карлик все больше активного материала. И за последние 10 лет мы увидели, как T Coronae Borealis снова стала ярче, как это произошло во время двух последних взрывов.

Во-вторых, в каждой из предыдущих новых белый карлик начинал тускнеть примерно за год до взрыва. Аналогичным образом с марта 2023 года начала исчезать и T Coronae Borealis. Менее понятно, почему это происходит.

Одна из теорий состоит в том, что диск, так сказать, сдулся и завершил свою аккрецию. Затем наступает фаза охлаждения, во время которой материал белого карлика сжимается и достигает более высокого давления, прежде чем взорваться.

Поэтому мы не знаем точно, когда это произойдет, но, поскольку яркость начала уменьшаться в марте 2023 года, мы ожидаем взрыв практически в любое время в течение следующих нескольких месяцев.

Почему повторяющиеся системы новых, такие как T Coronae Borealis, интересны астрономам?

Это интересно во многих отношениях. Во-первых, это самая близкая из всех повторяющихся новых. Это всего лишь около 26 000 световых лет от нас. Так что именно ее мы можем изучить наиболее внимательно. И он возвращается относительно часто, поэтому мы можем его предсказать и подготовиться к взрыву.

Благодаря его близости мы можем проследить, как вещество накапливалось на белом карлике за последние 80 лет, что позволяет нам лучше понять условия, которые спровоцировали взрыв.

Т Кор Бор интересен еще и тем, что его белый карлик близок к максимальной массе, которую могут иметь белые карлики. Белые карлики не могут быть более массивными, чем так называемый предел Чандрасекара, который примерно в 1,4 раза превышает массу нашего Солнца.

Выше этой массы белый карлик начинает коллапсировать и потенциально может взорваться, образовав сверхновую типа Ia. Когда это происходит, разрушается весь белый карлик, а не только поверхностные слои, как у новой. Сверхновые типа Ia невероятно важны: от синтеза многих тяжелых элементов, имеющих решающее значение для жизни, до космических маяков, которые можно использовать для измерения формы и размера Вселенной.

Поэтому новые звезды, такие как T Coronae Borealis, представляют интерес для наших продолжающихся усилий по пониманию того, как белые карлики могут объединяться до такого предела, чтобы произвести такую ​​сверхновую.

Кроме того, в последнее десятилетие вновь приобрело значение изучение новых звезд. Это потому, что благодаря новым технологиям и новым телескопам мы обнаружили, что многие высокоэнергетические гамма-излучения на самом деле исходят от новых звезд.

Этого вообще не ожидалось, но эти события испускают фотоны с гигавольтной энергией. Мы полагаем, что это связано с тем, что ударные волны генерируются в результате взаимодействия взрывающихся поверхностных слоев с потоком вещества красного гиганта.

Этого действительно не ожидали, пока у нас не появилась технология, позволяющая это увидеть. Например, есть такие вещи, называемые черенковскими детекторами, которые размещаются на Земле и позволяют нам видеть космические лучи – фотоны высокой энергии – когда они попадают в атмосферу Земли и создают потоки частиц. И наблюдая за этим, мы можем восстановить энергию этих фотонов и узнать о событиях, которые их высвободили.

Мы давно знали, что гамма-лучи, сверхмассивные черные дыры в центрах галактик и другие космические явления могут производить выбросы высокой энергии, но только недавно мы узнали, что эти новые звезды тоже могут делать то же самое. Поэтому будет очень интересно изучить таким образом одну из ближайших новых.

Могут ли в мероприятии принять участие и непрофессиональные астрономы?

Да, определенно. Когда произойдет взрыв, белый карлик станет ярче примерно на пять дней, достигнув максимальной яркости примерно такой же, как яркость Полярной звезды на небе. Так что несколько часов оно будет таким ярким, и вы сможете увидеть его невооруженным глазом. Затем в последующие недели светимость снижается экспоненциально. Так что вы сможете видеть его в хороший бинокль дней пять.

Это напоминает мне еще один интересный факт: T Coronae Borealis — единственная новая звезда, яркость которой снова увеличивается примерно через 100 дней. Другие повторяющиеся новые не обладают этим свойством, поэтому мы хотели бы изучить это более подробно.

Второе просветление слишком слабое, чтобы его можно было увидеть невооруженным глазом. Однако с помощью мощных телескопов, которые астрономы используют в своей работе, мы можем изучить это и выяснить, почему это происходит.

К сожалению, T Coronae Borealis видна только в Северном полушарии, а обсерватория Лас Кампанас Карнеги Сайенс находится в Чили, поэтому мы не можем изучать ее собственными средствами. Интересно то, что извержение 1946 года наблюдалось на нашем знаменитом объекте в Маунт-Вилсон, к северу от Пасадены.

Какие инструменты будут доступны для изучения бора T Cor, которого не существовало в 1940-х годах или раньше?

Конечно, до сих пор в большинстве обнаружений использовался только оптический свет. Сегодня мы можем рассматривать объекты и явления в самых разных длинах волн. Помимо оптических детекторов, наиболее интересными инструментами, которые могут предоставить новую информацию о выбросах высоких энергий, вероятно, будут такие устройства, как рентгеновские детекторы.

И, как я уже говорил, черенковские детекторы дадут нам лучшее представление об ударных волнах, вызванных мощным взрывом на поверхности белого карлика.

Как теоретики, есть ли теории, которые мы можем проверить, изучая Т Кор Бор?

Поскольку T Coronae Borealis находится так близко и ее можно наблюдать даже при отсутствии извержения, мы можем подсчитать, сколько массы накопилось на белом карлике. Затем это можно сравнить с количеством материала, выброшенного во время взрыва, что даст нам представление о том, как белые карлики могут со временем набирать или терять массу. Это интересно, потому что по мере того, как белые карлики набирают массу, они могут стать сверхновыми типа Ia.

И затем я упомянул еще кое-что: ускорение частиц этих высокоэнергетических выбросов связано со многими интересными физическими явлениями. Теоретики с нетерпением ждут возможности изучить математическую основу этого ускорения, а Т Coronae Borealis — фантастическая лаборатория для проверки этих теорий.

Кроме того, существуют различные особенности, такие как потемнение, которое, по мнению людей, связано с очисткой диска и его охлаждением за секунду перед извержением. Все особенности потемнения, яркости и последующего вторичного плато лучше охарактеризованы для сравнения их с теоретическими моделями.

И есть ли что-нибудь еще, что мы не обсудили или что, по вашему мнению, важно понять об этом конкретном явлении и подобных явлениях?

Просто интересно об этом подумать: T Coronae Borealis находится на расстоянии 2600 световых лет от нас, и новая звезда возникает там примерно каждые 80 лет. Это значит, что таких извержений произошло уже более 30 и все они уже на пути к нам.

Так что вы почти можете представить эти ракеты в свете взрывов, произошедших за последние 2600 лет, и все они прямо сейчас движутся к нам через Млечный Путь. Так что вопрос не в том, когда возникнут новые звезды, а в том, когда они наконец достигнут нас на Земле, чтобы мы могли что-то о них узнать.

Иногда в астрономии мы говорим о довольно абстрактных вещах, но это то, что можно увидеть невооруженным глазом и прямо предположить. Это уникальная возможность испытать то же волнение, которое астрономы испытывали на протяжении тысячелетий, когда обнаруживали что-то новое на небе. Мы не знаем точно, когда это произойдет, но когда это произойдет, будет весело.

Информация от: Институтом науки Карнеги.