Вони лунали з глибин Чумацького Шляху короткі, потужні, абсолютно незрозумілі. І повторювалися з дивною точністю: кожні 84 хвилини, як годинник, зламаний мільярди років тому. Астрономи знаходили їх десятиліттями, але не могли відповісти на головне питання: хто в космосі встановив такий розклад?
Телескопи фіксували спалахи, що з’являлися і зникали, залишаючи після себе лише цифри в архівах даних. Кожен новий сигнал був схожий на попередній, але джерело залишалося прихованим у темряві міжзоряного простору. Іноді здавалося, що Всесвіт грає з нами в гру, подаючи підказки занадто повільно для людського терпіння.
Тепер відповідь є.
Міжнародна команда на чолі з Університетом Сіднея за допомогою радіотелескопа ASKAP простежила один із цих сигналів до джерела. Це не пульсар, як припускали раніше. Це пара зірок, що обертаються одна навколо одної з неймовірною швидкістю білий карлик і червоний карлик, замкнені в космічному танці, який триває вже невідомо скільки століть. Результати дослідження опубліковані в престижному журналі Nature Astronomy.
Вампір і його жертва
Система отримала позначення ASKAP J1745−5051 і знаходиться на відстані, яку світлові промені долають не один рік. Її складові це два абсолютно різні світи, скуті гравітацією в орбіті всього в 1,4 години. Білий карлик це мертва зірка, залишок колись могутнього сонця. За розмірами він зрівнявся б із Землею, але вміщує масу, порівнянну з нашим Сонцем. Його супутник, червоний карлик, набагато більший за об’ємом, проте значно менший за масою приблизно одна десята частка сонячної.
І ось тут починається справжня драма.
Білий карлик не грає роль пасивного спостерігача. Він активно витягує речовину зі свого сусіда газ, плазму, енергію. Цей процес, який астрономи називають акрецією, перетворює подвійну систему на природний прискорювач частинок. Речовина, що спіралею падає на білий карлик, розжарюється до температур, немислимих для земних лабораторій, і випромінює рентгенівські промені. Одночасно взаємодія магнітних полів обох зірок породжує потужні радіохвилі.
Результат: кожні 1,4 години космос отримує порцію випромінювання, яке вловлюють радіотелескопи на Землі.
Як це працює
Дослідники звернули увагу на тонкий, але важливий нюанс. Радіо- та рентгенівські спалахи не збігаються за часом вони досягають максимуму в різні моменти орбітального циклу. Це означає одне: вони народжуються в різних ділянках системи.
Радіохвилі, як вважають вчені, виникають там, де магнітні поля зірок зіштовхуються між собою і взаємодіють з потоком заряджених частинок, що рухається до білого карлика. Цей процес створює щільно сфокусовані спалахи випромінювання, які прорізають простір подібно до маяка. Рентгенівське світло ж породжується безпосередньо в точці, де розжарена речовина вдаряється поверхню білого карлика або його акреційний диск.
- Білий карлик залишок зірки розміром із Землю, але з масою Сонця; гравітація на його поверхні в мільйони разів сильніша за земну
- Червоний карлик живе світило, що втрачає речовину; його маса становить лише 10% від сонячної
- Акреція процес, коли білий карлик «висмоктує» газ із супутника; саме вона нагріває матерію до рентгенівських температур
- Магнітні поля їхнє зіткнення генерує радіоспалахи, які ловлять телескопи
Це перша система, де вчені можуть чітко спостерігати обидві зірки й процес акреції одночасно і розуміти, чому поведінка сигналу саме така, а не інакша.
Голос із минулого
Коли довгоперіодичні радіотранзієнти вперше з’явилися в даних телескопів, багато хто був упевнений: це нетипові пульсари нейтронні зірки, що обертаються надзвичайно повільно. Але існуючі моделі стверджували: нейтронна зірка з такою низькою швидкістю обертання просто не здатна виробляти помітні радіосигнали. Загадка глибшала з кожним новим виявленим об’єктом.
Нове відкриття пропонує інше пояснення. Принаймні частина цих загадкових об’єктів це не самотні пульсари, а подвійні системи з білими карликами. ASKAP J1745−5051 стала лише другою відомою системою такого типу, що виробляє регулярні рентгенівські промені, і першою, де вдалося точно підтвердити механізм періодичності.
«Вперше ми точно визначили джерело цих сигналів, підтвердивши, що це катаклізмічна змінна акреційна система з білим карликом», сказав Кові Роуз, провідний автор дослідження та аспірант Школи фізики Університету Сіднея. «Довгоперіодичні радіотранзієнти дивували астрономів роками. Ми знайшли лише близько дюжини, і їхнє походження залишалося незрозумілим. Тепер ми показали, що джерело одного з них білий карлик, який активно забирає речовину у супутника».
Тара Мерфі, професор та керівник Школи фізики Університету Сіднея, додає: подібні об’єкти раніше вже пов’язували з подвійними системами, але ніколи раніше спостереження не були настільки переконливими. Тут видно все: обидві зірки, потік речовини, точку зіткнення магнітних полів і результат ритмічний стукіт у радіодіапазоні.
Зоряний Розеттський камінь
Відкриття отримало поетичну назву «зоряний Розеттський камінь». Археологічний оригінал, знайдений у Єгипті 1799 року, дозволив ученим розшифрувати єгипетські ієрогліфи. Космічний аналог може зробити те саме для мови Всесвіту.
Радіотелескоп ASKAP, що належить австралійському науковому агентству CSIRO, поєднує широке поле зору, високу роздільну здатність і виняткову чутливість. Саме це дозволило йому вловити сигнал, який інші інструменти могли б проігнорувати. Тепер, коли астрономи знають, на що звертати увагу, ASKAP J1745−5051 стане ключем для розшифрування інших довгоперіодичних транзієнтів.
Чи є вони схожими на пульсари? Чи це теж зірки-вампіри, замасковані під загадкові спалахи? Відповідь змінює класифікацію цілого класу космічних явищ.
Але це ще не все.
Природна лабораторія
Система подвійних зірок це не лише джерело сигналів. Це унікальне випробувальне полігон, який неможливо відтворити в жодній земній лабораторії. Гравітаційні сили тут у мільйони разів сильші за земні. Магнітні поля досягають інтенсивності, що ламає звичні уявлення про поведінку матерії. Температури в зоні акреції перевищують мільйони градусів, перетворюючи речовину на плазму, яка світиться в рентгенівському діапазоні. Жоден прискорювач частинок на Землі не може створити подібних умов тривалий час.
Спостерігаючи за ASKAP J1745−5051, фізики можуть перевіряти теорії, що описують поведінку речовини в екстремальних умовах. Як поводиться плазма, коли її стискають до межі? Як взаємодіють магнітні лінії, коли зіштовхуються два потужних поля? Як швидко речовина втрачає енергію, падаючи в гравітаційну пастку білого карлика? Відповіді на ці питання допоможуть зрозуміти не лише цю конкретну систему, а й загальні закони фізики в умовах, недоступних для прямого експерименту на Землі.
Команда планує продовжувати спостереження в радіо-, оптичному та рентгенівському діапазонах. Поєднання даних із різних телескопів ASKAP в Австралії, MeerKAT у Південній Африці, оптичних SOAR і Magellan у Чилі, а також космічних обсерваторій Swift та Einstein Probe дасть повну картину того, що відбувається в цій зоряній парі. Кожна нова хвиля даних додає деталей до моделі, яка колись здавалася недосяжною.
У дослідженні взяли участь науковці з Австралії, США, Китаю, Канади, Іспанії та Ізраїлю. Робота підтримана центром OzGrav, NASA, Європейською дослідницькою радою та низкою інших фундацій.
Що далі
Кожні 1,4 години ASKAP J1745−5051 надсилає свій сигнал у простір. Мільярди кілометрів потім хвилі долітають до Землі, де їх підхоплюють антени радіотелескопів. Раніше це був просто дивний стукіт у темряві черговий незрозумілий шепіт Всесвіту.
Тепер ми знаємо: це не шепіт. Це розмова двох зірок, що триває мільйони років. І ми нарешті навчилися розуміти їхній акцент.
Наступний сигнал надійде через 84 хвилини. Астрономи вже налаштували телескопи і чекають наступного слова в цій космічній розмові.
Про автора
