Астрофизики МГУ впервые в мире наблюдали сжимающегося белого карлика

Астрофизики из Государственного астрономического института имени П.К. Штернберга (ГАИШ) МГУ имени М.В.Ломоносова совместно с российскими и итальянскими коллегами впервые обнаружили непосредственные свидетельства того, что белый карлик на ранних этапах своей эволюции сжимается. Увидеть это явление ученым помогла загадочная двойная звездная система в созвездии Кормы. Открытие ученых опубликовано в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Ранее астрофизики предполагали, что молодые белые карлики, компактные «останки» эволюции звезд солнечного типа, на ранней стадии своей жизни должны сжиматься. Согласно расчетам, из-за постепенного остывания радиус типичного белого карлика может сократиться на несколько сотен километров в течение первого миллиона лет его существования.

Тем не менее, астрономических наблюдений, которые могли бы подтвердить истинность этой теории, до последнего времени не было. Дело в том, что большинство известных ученым белых карликов значительно старше, а также у астрономов не было надежного метода измерения радиуса таких звезд.

Сергей Попов и его коллеги смогли найти четкие признаки сжатия белых карликов, наблюдая за загадочным источником рентгеновского излучения в двойной звездной системе редкого типа. Речь идет о системе HD49798/RX J0648.0—4418, расположенной на расстоянии 2000 световых лет от Земли, в созвездии Кормы. Ее внимательно изучают с помощью оптических, ультрафиолетовых и рентгеновских телескопов уже десятки лет.

«Благодаря этому открытию астрофизики смогут проверять модели эволюции молодых белых карликов. И искать похожие системы в галактике», — отметил главный автор статьи, ведущий научный сотрудник ГАИШ МГУ, доктор физико-математических наук, астрофизик Сергей Попов.

В системе находится компактный объект, период вращения которого составляет всего 13 секунд. Что это — белый карлик или нейтронная звезда — было предметом споров на протяжении многих лет. Если это белый карлик, то тогда ученые имеют дело с самым быстрым вращением подобного объекта среди известных астрономам. Соответственно, источник в рентгеновском диапазоне наблюдается благодаря аккреции вещества, попадающего на карлика из звездного ветра от его звезды-спутника.

Недавно астрономы обнаружили, что скорость вращения компактного объекта уверенно растет на протяжении последних 20 лет. Период вращения сокращается на семь наносекунд в год — весьма мощный эффект для небесного тела, чья масса превосходит солнечную. Более того, в случае белого карлика такую скорость раскрутки нелегко объяснить в рамках привычных теорий, в которых вращение ускоряется за счет поглощаемого вещества звезды-соседки. А в случае нейтронной звезды не удается объяснить многие другие особенности системы.

Попов и его коллеги предложили разгадку этого феномена: растущую скорость вращения легко объяснить тем, что белый карлик сжимается — подобно тому как фигурист складывает руки на груди, чтобы быстрее крутиться. По расчетам ученых, возраст звезды в системе HD49798/RX J0648.0—4418 составляет примерно два миллиона лет. Скорость сжатия около сантиметра в год, которая и ожидается для белого карлика такого возраста, как раз идеально объясняет наблюдаемую скорость вращения и подтверждает, что астрофизики впервые идентифицировали сжимающийся белый карлик.

«У этого открытия есть два важных смысла. С одной стороны, существовала загадочная система. Несколько лет астрономы спорят, что там находится — белый карлик или нейтронная звезда? Это мы объяснили, хотя, возможно, это и не столь важно для астрофизики в целом. По значимости открытие можно сравнить с раскрытием детективом хитрого преступления — хотя событие вполне локальное, всё равно интересно. Есть и второй смысл открытия. Десятки лет было понятно, что молодые белые карлики сжимаются. Саму же фазу сжатия “вживую” никогда не видели. И уникальность системы, которую мы наблюдали, в том, что белый карлик как будто подсветили (благодаря аккреции вещества с соседней звезды). Но подсветили так аккуратно, что это не повлияло на его вращение — вот в чем редкость. В других аналогичных системах аккреция гораздо мощнее: уже она определяет, как белый карлик крутится, отчего заметить “красоту сжатия” невозможно», — рассказал Сергей Попов.

Исследование выполнено совместно с учеными из Института астрономии РАН, Института теоретической и экспериментальной физики имени А.И. Алиханова и Национального института астрофизики (Милан, Италия). 

Фото: Белый карлик из системы HD49798/RX J0648.0—4418. Автор: Francesco Mereghetti