Примерно в 200 световых годах от Земли ядро эволюционировавшей звезды вращается вокруг более крупной звезды в жутком космическом танце. Мертвая звезда — это белый карлик, который создает мощное магнитное поле, притягивая вещество из более крупной звезды в вихревой аккреционный диск.
Эта спиральная пара относится к так называемым «промежуточным полярам» — звездным системам, которые испускают сложное излучение, в том числе рентгеновское, когда газ с более крупной еще живой звезды падает на прожорливого компаньона-зомби.
Астрономы Массачусетского технологического института выявили ключевые особенности внутренней области системы — чрезвычайно энергичной экстремальной среды, которая до сих пор была недоступна для наблюдений. В исследовании с открытым доступом, опубликованном в Astrophysical Journal, команда ученых сообщает об использовании рентгеновского поляриметра IXPE (Imaging X-ray Polarimetry Explorer) для наблюдения за промежуточным полярным объектом, известным как EX Гидры.
Команда обнаружила удивительно высокую степень поляризации рентгеновского излучения, исходящего от EX Гидры, а также неожиданное направление поляризации. На основе этих измерений исследователи проследили путь излучения до его источника в самом сердце системы, на поверхности белого карлика. Астрономы установили, что рентгеновское излучение исходило от столба раскаленного добела вещества, которое белый карлик притягивал из тела звезды-компаньона.
По оценкам авторов работы, высота этой колонны составляет около 3200 километров — примерно половину радиуса самого белого карлика, и она намного выше, чем предсказывали физики для такой системы. Они также определили, что рентгеновские лучи отражаются от поверхности белого карлика, прежде чем рассеяться в пространстве. Физики-теоретики подозревали об этом эффекте, но до сих пор не могли его подтвердить.
Результаты исследования показывают, что рентгеновская поляриметрия может быть эффективным методом изучения экстремальных условий в звездах, например в наиболее активных областях аккрецирующих белых карликов.
Высокоэнергетический фонтан
Все виды излучения, включая рентгеновские лучи, подвержены влиянию электрических и магнитных полей. Свет распространяется в виде волн, которые колеблются или осциллируют перпендикулярно к направлению распространения света.
Внешние электрические и магнитные поля могут отклонять эти колебания в случайных направлениях. Но когда свет взаимодействует с поверхностью и отражается от нее, он может поляризоваться, то есть его колебания усиливаются в одном направлении. Таким образом, поляризованный свет может помочь ученым отследить источник излучения и определить некоторые детали его геометрии.
Космическая обсерватория IXPE — первая миссия NASA, предназначенная для изучения поляризованного рентгеновского излучения, испускаемого экстремальными астрофизическими объектами. Космический аппарат, запущенный в 2021 году, вращается вокруг Земли и регистрирует это поляризованное рентгеновское излучение. С момента запуска он фокусировался главным образом на сверхновых, черных дырах и нейтронных звездах.
В новом исследовании Массачусетского технологического института впервые используется IXPE для измерения поляризованного рентгеновского излучения промежуточного поляра — системы гораздо более скромного размера и энергетики по сравнению с черными дырами и сверхновыми. Тем не менее, эта звездная пара оказалась мощным источником рентгеновского излучения.
Промежуточные поляры получили свое название из-за особенности магнитного поля центрального белого карлика. Когда это поле сильно, вещество звезды-компаньона притягивается непосредственно к магнитным полюсам ненасытного вампира. Когда поле очень слабое, звездное вещество вращается вокруг карлика в виде аккреционного диска, который в конечном счете хаотично сбрасывает материю на поверхность карлика.
В случае промежуточной полярной орбиты вещество должно падать по сложной траектории, образуя аккреционный диск, который притягивается к полюсам звезды-реципиента.
Магнитное поле должно поднимать диск из падающего вещества высоко вверх, подобно фонтану с высоким уровнем энергии, прежде чем звездные обломки упадут на магнитные полюса белого карлика с огромной (пусть и не релятивистской) скоростью. Астрономы называют это «аккреционной завесой».
Физики резонно предполагают, что этот падающий материал должен столкнуться с ранее поднятым материалом, который тоже стремится к полюсам, но медленнее, создавая своего рода газовую пробку. Эта скопление материи образует столб газа, температура которого составляет десятки миллионов кельвинов, и он не может не испускать высокоэнергетическое рентгеновское излучение.
Измеряя поляризованные рентгеновские лучи, испускаемые EX Hydrae, команда стремилась проверить гипотезу физиков о промежуточных полярах. В январе 2025 года IXPE провела рентгеновские измерения системы в общей сложности в течение около 7 суток. Измерения показали степень поляризации в 8%, что намного выше, чем предсказывали теоретические модели. Исследователи смогли подтвердить, что рентгеновское излучение действительно исходит от раскаленного газового столба и что высота этого столба составляет около 3200 км.
Команда измерила направление поляризации рентгеновского излучения EX Гидры, которое оказалось перпендикулярно столбу поступающего газа. Это означало, что рентгеновские лучи, испускаемые столбом, отражались от поверхности белого карлика, прежде чем попасть в космос и в конечном итоге в телескопы IXPE.
По словам авторов польза рентгеновской поляризации заключается в том, что она позволяет получить изображение самой внутренней, наиболее энергичной части системы. Другие телескопы не позволяют увидеть таких деталей.
Команда планирует использовать поляризацию рентгеновского излучения для изучения других систем аккрецирующих белых карликов, что может помочь ученым лучше понять более масштабные космические явления, прежде всего, вспышки сверхновых.
Наступает момент (так называемый предел Чандрасекара), когда на белого карлика с соседней звезды падает так много вещества, что белый карлик больше не может его удерживать. Все это коллапсирует и превращается в сверхновую, которую можно наблюдать по всей Вселенной. Это в конечном итоге позволяет определить размер Вселенной. Таким образом, изучение систем белых карликов помогает ученым понять источники сверхновых и дает лучшее представление об экологии галактик.
О похожей беспокойной звездной паре из созвездия Скорпиона мы рассказали здесь.
