Загадка одной из самых странных ярких звезд неба — γ Кассиопеи (γ Cas), — похоже, наконец, решена: астрономы впервые наблюдали, как источник ее аномально мощного рентгеновского излучения движется по орбите вместе с компактным спутником. Теперь ученые смогут искать целый класс «потерянных» двойных систем, которые десятилетиями существовали лишь в теории.
Быстровращающаяся горячая звезда, окруженная газовым диском, γ Кассиопеи выбрасывает вещество в окружающее пространство, формируя плоские газовые диски. Именно они дают характерные эмиссионные линии в спектре. Такие светила часто входят в двойные системы, играя важную роль в эволюции массивных звезд. Теоретические модели предсказывают, что их спутниками могут быть нейтронные звезды, черные дыры или белые карлики, то есть компактные остатки светил.
Правда, γ Кассиопеи сильно выбивалась из общей картины с середины XX века. Она оказалась необычайно мощным источником рентгеновского излучения — примерно в 40 раз ярче, чем типичные массивные звезды. Оно возникает в чрезвычайно горячей плазме, где температура достигает примерно 100-150 миллионов градусов, а интенсивность хаотично меняется за секунды.
Ранние наблюдения также выявили специфические спектральные линии железа, включая так называемую флуоресцентную линию. Она возникает, когда рентгеновское излучение «подсвечивает» более холодное вещество. Но что именно его создает?
На протяжении десятилетий астрономы выдвигали самые разные гипотезы. Первая связывает его с магнитными процессами на самой звезде и взаимодействием с ее диском. Вторая — с аккрецией вещества на компактный объект-компаньон. Вот только прямых доказательств этих версий не было: приборы не позволяли с точностью «увидеть» движение источника рентгеновских линий.
Все изменилось с запуском обсерватории XRISM, оснащенной высокоточным спектрометром Resolve. Именно с ее помощью ученые провели серию наблюдений γ Кассиопеи на разных фазах орбиты и впервые точно измерили «сдвиги» в линиях железа.
Выяснилось, что рентгеновские линии смещаются так, как если бы источник излучения двигался не вместе с самой звездой, а вместе с ее компаньоном. При этом амплитуда смещений достигает примерно 100 километров в секунду, что совпадает с ожидаемой скоростью орбитального движения компактного объекта. Значит, горячая плазма, испускающая рентгеновские лучи, расположена рядом со спутником — настоящим источником энергии.
Более того, анализ ширины спектральных линий показал, что излучение не возникает во внутренней части быстровращающегося диска, а формируется ближе к поверхности компаньона. Результаты научной работы опубликованы в журнале Astronomy and Astrophysics.
Все эти признаки указывают на конкретный сценарий: судя по всему, спутник γ Кассиопеи — белый карлик, который захватывает вещество из диска звезды. Падающее вещество разогревается до экстремальных температур и создает рентгеновское излучение, а его часть отражается от поверхности компаньона, формируя наблюдаемую флуоресцентную линию железа.
Таким образом, γ Кассиопеи впервые можно отнести к давно предсказанному, но почти не наблюдаемому классу двойных систем: Be-звезда и белый карлик. Это важное открытие, поскольку теории предсказывали, что такие системы должны быть многочисленными — возможно, примерно у половины всех Be-звезд в компаньонах белые карлики. Однако до сих пор обнаружить их практически не удавалось.
Теперь же становится ясно, что «γ Cas-подобные» объекты — редкий подкласс Be-звезд с необычным рентгеновским излучением — и есть эти скрытые системы. По расчетам, они составляют около 10 процентов ранних Be-звезд, что уже дает важную статистику для проверки моделей эволюции двойных систем.
Но есть и проблемы: наблюдаемые свойства таких объектов не полностью совпадают с предсказаниями. Например, массы светил и частота их встречаемости отличаются от ожидаемых. Это может означать, что современные модели переноса массы в двойных системах нуждаются в пересмотре.
Фактически речь идет не просто о раскрытии одной астрономической загадки, а о корректировке всей картины эволюции массивных двойных звезд — от формирования до конечных этапов жизни, включая вспышки сверхновых и образование компактных объектов. Выходит, γ Кассиопеи из аномалии превратилась в ключ к пониманию целого класса систем, которые десятилетиями оставались «невидимыми» — и, возможно, составляют значительную часть популяции Галактики.
