Гибнущие звезды кричат рентгеном

Российские астрофизики обнаружили источник фонового рентгеновского излучения нашей Галактики. Как сообщили «Газете.Ru» в Институте космических исследований РАН (ИКИ РАН), сотрудники ИКИ и Института астрофизики общества Макса Планка (Гаршинг, Германия) Михаил Ревнивцев и Сергей Сазонов предложили новое решение загадки, которая волнует умы астрофизиков уже более 30 лет.

Фоновое рентгеновское излучение Млечного Пути было обнаружено в 1970-х годах. Оно равномерно распределено в плоскости Галактики и имеет пик яркости в ее центральной области. Иными словами, если посмотреть в рентгеновском диапазоне на галактический диск, находясь на его краю (где и расположена Земля), то он представляется узкой полоской с утолщением в центре. Утолщение совпадает с центром Галактики.

Астрофизиков интересовало, что именно порождает излучение. Предпринимались попытки разглядеть единичные источники рентгеновских фотонов. Однако телескопы, работающие в этом диапазоне, не обладали достаточной разрешающей способностью, чтобы различить наиболее слабые источники.

Поэтому более вероятной казалась гипотеза, согласно которой источником фонового рентгена был горячий диффузный газ, равномерно распределенный по галактическому диску.

Однако у данной теории есть слабое место. Разогретый до способности излучать в рентгеновском диапазоне газ одновременно обладает достаточной энергией для того, чтобы «убежать» из Галактики, преодолев гравитационное притяжение. Кроме того, так как источник самого газа — вещество взорвавшихся сверхновых звезд, то эта теория означает, что в прошлом во Вселенной происходили миллионы таких взрывов, что не согласуется ни с принятой теорией образования и гибели звезд, ни с экспериментальными данными.

На фото: результат наложения инфракрасного излучения (цветная картина) и рентгеновских источников (белые контуры)

Российские астрофизики предложили другое объяснение этого феномена. Они основывались на данных наблюдений американской обсерватории Rossi X-Ray Timing Explorer (RXTE), работающего в рентгеновском диапазоне. По результатам наблюдений астрономы составили подробную карту распределения рентгеновского фона в галактическом диске. Затем ее сравнили с изображением галактического диска, сделанным в ближнем инфракрасном диапазоне (последнее было сделано в начале 90-х годов прошлого века по данным американского же спутника-телескопа Cosmic Background Explorer (COBE)).

Совпадение между двумя изображениями оказалось на удивление большим.

Белые карлики —

остатки погибших звезд, чье вещество практически полностью выгорело. Их размеры очень малы, но масса и плотность необычайно велики, поэтому они обладают сильным гравитационным полем. Из-за этого белый карлик, входящий в тесную двойную систему (ее называют катаклизмической переменной), мало-помалу «обдирает» вещество со второй звезды. Этот процесс — падение вещества с менее массивного компонента двойной системы на более массивный — и называется аккрецией.
Соответственно, падающее на белый карлик вещество обычной звезды разогревается до высоких температур и порождает рентгеновское излучение.

А так как источник фонового инфракрасного излучения известен — маломассивные звезды, это позволило российским ученым сделать вывод, что источником рентгеновского излучения также являются отдельные звезды.

По словам Михаила Ревнивцева, «по близким источникам рентгеновского излучения, которые отстоят от нас менее чем на 300 световых лет, мы видим, что основная его часть принадлежит аккрецирующим белым карликам и обыкновенным звездам из двойных систем». Именно такие источники и формируют рентгеновский фон Млечного Пути.

Катаклизмические переменные – основной источник той части фонового излучения, которую образуют фотоны с более высокой энергией. Другая часть, состоящая из рентгеновских фотонов с более низкой энергией, имеет два источника. Первый — те же катаклизмические переменные, но их вклад в данном случае оценивается только в одну треть. А две трети приходится на короны (внешние слои атмосферы) звезд двойных систем. Под воздействием звезды-компаньона в короне такой звезды происходят вспышки, аналогичные вспышкам на Солнце, но только более мощные. В них и рождается низкоэнергичное рентгеновское излучение.

Согласно выводам российских ученых, Млечный Путь оказался населен рентгеновскими источниками гораздо более плотно, нежели предполагалось ранее, примерно в сто раз. Порядок величины для числа белых карликов — миллион, для звезд в двойных системах — 100 млн.

Данное открытие сравнимо с открытием Галилея, 400 лет назад обнаружившего, что сплошная светлая полоса Млечного Пути в действительности состоит из множества неярких звезд.

Свою гипотезу Михаил Ревнивцев и Сергей Сазонов вместе с тремя соавторами изложили в двух статьях: «Происхождение рентгеновского излучения галактической плоскости» и «Рентгеновская функция светимости слабых точечных источников в Млечном Пути». Они будут опубликованы в европейском научном журнале «Астрономия и астрофизика» (Astronomy & Astrophysics).

Михаил Ревнивцев предполагает, что крупнейший в мире рентгеновский телескоп «Чандра» (NASA) способен разглядеть такие единичные источники, наблюдая за одним и тем же участком неба в течение двух недель. Российские астрофизики, работающие над этой проблемой, подали соответствующую заявку в комитет, распределяющий время наблюдений для «Чандры». Хотя две недели наблюдений «Чандры» — это необычайно много, но научная ценность задачи придает им уверенности в том, что их заявка выиграет конкурс и такие наблюдения будут проведены.