Астрономы обнаружили новый класс рентгеновских объектов

Необычные объекты нашли при повторном анализе открытых данных космической рентгеновской обсерватории NASA Chandra. Они обнаружились сразу в шести галактиках, включая Андромеду и галактику Вертушка.

Что именно обнаружили астрономы

Рентгеновские источники обычно регистрируют благодаря достаточно энергичному рентгеновскому излучению. Особенно яркими в этом диапазоне могут быть компактные двойные системы, в которых белый карлик, нейтронная звезда или чёрная дыра поглощает вещество звезды-компаньона.

Но 84 новых объекта ведут себя иначе.

Они особенно хорошо видны в самом низкоэнергетическом диапазоне, доступном Chandra, — ниже примерно 0,3 кэВ. При переходе к более высоким энергиям их излучение практически исчезает. При этом спектральные модели указывают, что основная часть энергии таких источников может приходиться не на рентгеновский, а на экстремальный ультрафиолетовый диапазон.

Именно поэтому исследователи использовали термин «гипермягкие» рентгеновские источники. Это не означает, что объекты слабые. Напротив, некоторые из них могут быть одними из самых энергетически мощных источников в своих галактиках.

Парадокс заключается в том, что большая часть их энергии приходится на диапазон, который особенно трудно наблюдать.

Почему их не замечали раньше

Ультрафиолетовое излучение поглощается межзвёздным газом. Поэтому наблюдатель на Земле не может просто посмотреть в сторону далёкой галактики и напрямую увидеть большую часть такого излучения.

Рентгеновская обсерватория Chandra в этом отношении оказывается особенно полезной: небольшая часть излучения гипермягких источников попадает в доступный ей низкоэнергетический рентгеновский диапазон.

Исследователи воспользовались архивом Chandra и искали объекты, которые присутствуют в самых мягких рентгеновских данных, но практически исчезают при анализе более высокоэнергетического излучения. В результате вместо нескольких случайных объектов обнаружилась целая популяция — 84 источника в шести галактиках.

Причём они встречаются как в областях активного звездообразования, так и среди более старых звёзд. Это важно: происхождение таких источников, вероятно, не связано только с одним конкретным этапом эволюции галактик.

Что находится внутри этих систем

Пока астрономы не могут однозначно сказать, что представляет собой каждый гипермягкий источник.

Одна из основных гипотез связывает их с компактными двойными системами. В таких системах компактный объект — например, белый карлик, нейтронная звезда или чёрная дыра — получает вещество от звезды-компаньона.

Падающий газ образует вокруг компактного объекта горячую аккреционную структуру и может нагреваться до огромных температур. Обычно это приводит к интенсивному рентгеновскому излучению. В случае гипермягких источников, однако, спектр выглядит гораздо холоднее: излучение смещено в сторону ультрафиолета, а в рентгеновском диапазоне остаётся лишь его низкоэнергетическая часть.

Исследователи предполагают, что среди найденных объектов могут быть разные физические системы. В частности, некоторые из них могут быть связаны с аккрецирующими белыми карликами, а другие — с системами, содержащими чёрные дыры. Поэтому «гипермягкий источник» сейчас скорее описывает наблюдаемое поведение объекта, чем окончательно установленную физическую природу.

Возможно, астрономы нашли недостающий источник ионизации

У находки есть потенциально важное следствие.

Межзвёздный газ в галактиках постоянно подвергается воздействию излучения. Часть его атомов теряет электроны, то есть ионизируется. Известно, что горячие массивные звёзды производят большое количество ультрафиолетового излучения, однако их может быть недостаточно, чтобы объяснить некоторые наблюдаемые уровни ионизации газа.

Если гипермягкие источники действительно многочисленны и излучают столько экстремального ультрафиолета, сколько предполагают модели, они могут составлять значительную часть ранее неучтённого источника этой энергии.

Это означает, что новая популяция объектов может влиять не только на то, как мы наблюдаем галактики, но и на процессы внутри них. Ионизация газа связана с условиями, в которых формируются новые звёзды, поэтому такие источники потенциально могут участвовать в регулировании звездообразования.

Связь со взрывами сверхновых

Есть и ещё одна интригующая возможность.

Астрономы давно пытаются понять, какие именно системы становятся источниками сверхновых типа Ia. Такие взрывы связаны с белыми карликами и имеют огромное значение для космологии: по их наблюдениям учёные измеряют космические расстояния и изучают расширение Вселенной.

Одна из проблем заключается в том, что наблюдаемых потенциальных предшественников сверхновых типа Ia оказывается меньше, чем можно было бы ожидать из некоторых теоретических моделей.

Часть гипермягких источников может оказаться системами с аккрецирующими белыми карликами, которые находятся на определённой стадии эволюции перед взрывом. В таком случае новая популяция объектов потенциально поможет лучше понять, какие физические процессы происходят с белым карликом непосредственно перед сверхновой.

Однако пока это именно гипотеза. Учёные ещё не показали, что обнаруженные источники действительно являются непосредственными предшественниками сверхновых типа Ia.

Почему открытие оказалось возможным только сейчас

Особенно показательно, что речь идёт не о совершенно новых наблюдениях.

Исследователи нашли объекты в архивных данных Chandra. То есть необходимые наблюдения уже были выполнены, но необычная популяция оставалась незамеченной.

Причина связана с особенностями самого электромагнитного спектра. Стандартные исследования рентгеновских источников в основном ориентированы на диапазоны, где хорошо проявляют себя более горячие и энергетичные объекты. Гипермягкие источники практически исчезают за пределами самого низкоэнергетического участка рентгеновского диапазона, а их предполагаемый максимум приходится на экстремальный ультрафиолет — область, наблюдать которую особенно трудно.

Получается своеобразное наблюдательное «слепое пятно»: объекты могут быть очень яркими с точки зрения общей энергетики, но при этом почти незаметными для инструментов, работающих в привычных диапазонах.

Сколько таких объектов может быть на самом деле

84 найденных источника могут быть лишь небольшой частью всей популяции.

Исследователи обнаружили их в шести галактиках, причём среди них есть галактики разных типов. Если аналогичные системы действительно распространены повсеместно, то в других галактиках их может быть значительно больше.

Особенно интересен вопрос о Млечном Пути. Пока гипермягкие источники в нашей галактике не были обнаружены в сопоставимом количестве. Но это не обязательно означает, что их здесь нет.

Нашу галактику трудно исследовать в экстремальном ультрафиолете: наблюдателю приходится смотреть через большое количество межзвёздного газа, который поглощает такое излучение. Поэтому часть подобных систем может оставаться практически невидимой.

Что будет дальше

Следующим этапом станет определение физической природы найденных объектов. Для этого астрономам понадобятся дополнительные наблюдения в разных диапазонах электромагнитного спектра и более подробное изучение отдельных источников.

Если удастся подтвердить, что значительная часть гипермягких источников действительно представляет собой аккрецирующие белые карлики или другие компактные двойные системы, это поможет связать новую популяцию сразу с несколькими фундаментальными вопросами астрофизики.

Пока наиболее важный результат исследования гораздо проще: астрономы обнаружили 84 объекта, которые не укладываются в привычную картину рентгеновских источников, и показали, что архивные наблюдения могут скрывать целые популяции космических объектов.

Возможно, перед учёными открылась не просто новая категория рентгеновских источников, а ранее практически невидимая часть энергетического бюджета галактик.