Взрыв Новой GK Персея

Взрывы звезд всегда привлекали к себе внимание ученых, надеющихся лучше понять процессы рождения, жизни и смерти светил, а также особенности их взаимодействия со своим окружением. Наиболее яркие из подобных событий, как правило, становились достоянием широкой общественности. К сожалению, они происходят не так уж часто, поэтому астрономы используют любую возможность изучить остатки взрывов, которые уже закончились. Недавно с помощью рентгеновской обсерватории Chandra были проведены детальные исследования объекта, в свое время наделавшего немало шума в научном мире — переменной звезды GK Персея (GK Per). В 1901 г. в течение нескольких дней она неожиданно стала одной из самых ярких звезд ночного неба, после чего ее блеск постепенно вернулся к исходному значению.

Сегодня астрономы приводят GK Per в качестве примера «классической новой», вспышка которой провоцируется термоядерным взрывом на поверхности белого карлика — плотного остатка солнцеподобной звезды.2 Взрыву предшествует «перетягивание» сверхмощной гравитацией карлика больших масс вещества с его спутника (как правило, звезды-гиганта). Когда этого вещества — главным образом водорода — накапливается достаточно, при высокой температуре и давлении ядра его атомов начинают сливаться в ядра более тяжелых элементов, выделяя при этом огромные количества энергии и «сдувая» раскаленные наружные слои атмосферы белого карлика в окружающее пространство. Именно этот процесс мы видим как вспышку новой, а расширение образовавшейся оболочки и ее постепенное рассеивание можно наблюдать в течение нескольких последующих месяцев или даже лет.

Часть теоретиков предлагает рассматривать классические новые в качестве «миниатюрных версий» взрывов сверхновых, сопровождающихся полной гибелью светила (точнее, его превращением в сверхплотную нейтронную звезду) — при таких событиях излучаются количества энергии, сопоставимые с яркостью целой галактики. Сверхновые чрезвычайно важны для «космической экологии», поскольку они, во-первых, нагревают межзвездное вещество, а во-вторых, служат его источником, обогащая пространство тяжелыми элементами — такими, как кислород, кальций, кремний и железо. В дальнейшем эти элементы принимают активное участие в формировании звезд нового поколения и их планетных систем.

Хотя вспышки сверхновых являются гораздо более энергичными по сравнению с классическими новыми и в них участвуют намного большие массы материи, фундаментальная физика обоих типов событий почти одинакова. Похожи и последствия их взаимодействия с окружающей средой — такие, как ударные волны, распространяющиеся со сверхзвуковыми скоростями в межзвездном газе. Более скромные энергии и массы, характерные для новых звезд, свидетельствуют о том, что их остатки эволюционируют быстрее. Это обстоятельство, в совокупности с более высокой частотой их возникновения, делает их важными объектами наблюдений при изучении космических взрывов.

Рентгеновская обсерватория Chandra впервые сфотографировала GK Per в феврале 2000 г., а затем уделила ей внимание в ноябре 2013 г. Превосходного качества наблюдательный материал, охватывающий 13 лет, дает астрономам возможность проследить эволюцию рентгеновского излучения этого источника. Результаты наблюдений были представлены в виде коллажа, демонстрирующего остаток вспышки в рентгеновских лучах (данные обсерватории Chandra, показаны условным синим цветом), в оптическом диапазоне (телескоп Hubble, желтый цвет), а также данные, полученные радиообсерваторией Very Large Array (розовый). Высокая интенсивность рентгеновских лучей свидетельствует о мощных потоках горячего газа, в радиодиапазоне заметно излучение электронов, разогнанных до больших скоростей ударными волнами. Оптические наблюдения относятся к сгусткам материи, выброшенной в пространство в результате взрыва; характер точечного источника в левом нижнем углу неизвестен. На протяжении ряда лет, представленных рентгеновскими данными, остатки выброшенного вещества удалялись от центра расширяющейся оболочки со скоростью около 700 тыс. км/ч (почти 200 км/с). Таким образом, за время, прошедшее с момента вспышки, взрывная волна преодолела свыше 110 млрд км.

На примере этого открытия можно понять, как изучение остатков новой помогает получить представления о характере околозвездной среды. Рентгеновская светимость остатка GK Per в течение 13 лет снизилась примерно на 40%, в то же время температура газа в нем, определяемая по спектру излучения, фактически остается постоянной (около миллиона градусов по Цельсию). По мере расширения ударной волны и нагрева большого количество вещества его температура за волновым фронтом должна снижаться. В то же время наблюдаемое «угасание» остатка при почти постоянной температуре может быть истолковано как расширение сброшенной оболочки в пространстве с достаточно низкой плотностью межзвездной материи, а следовательно, позволяет судить об особенностях региона локализации объекта наблюдений.