Учёные, похоже, наконец раскрыли одну из самых долгих загадок наблюдательной астрофизики. Почти 50 лет астрономы наблюдали необычно мощное и переменное рентгеновское излучение яркой звезды гамма Кассиопеи (γ Cas). Но не могли объяснить его природу. Новые наблюдения показали, что испускает рентген не сама звезда, а её невидимый компаньон - белый карлик.
Система находится примерно в 550 световых годах от Земли в созвездии Кассиопея. Она на самом деле состоит из множества звезд. Однако самая массивная из них - это голубовато-белая звезда класса Be массой примерно в 15 раз больше массы Солнца. Именно гамма Кассиопеи стала первой открытой звездой этого спектрального типа ещё в 1866 году и долгое время считалась своего рода «эталоном» для всего класса. Звезды этого типа быстро вращаются и регулярно выбрасывают вещество, которое образует вокруг них газовый диск.
Однако в 1970-е годы, когда астрономы начали запускать рентгеновские телескопы в космос, выяснилось, что эта звезда ведёт себя странно. Она испускает рентгеновское излучение примерно в 40 раз мощнее, чем ожидалось для подобных объектов. Более того, анализ показал, что источник излучения связан с плазмой, нагретой до температуры около 150 миллионов кельвинов.
На протяжении десятилетий существовали две основные гипотезы, объясняющие эту странность. Первая предполагала, что рентгеновское излучение возникает из-за магнитного перезамыкания между поверхностью звезды и её диском. Вторая связывала его с невидимым компаньоном - компактным объектом, белым карликом или даже нейтронной звездой.
Найти крошечный спутник крупной звезды чрезвычайно сложно, а γ Cas - особенно проблематично. Она очень большая, горячая и яркая. Белые карлики, напротив, крошечные, размером примерно с Землю. Такой объект, находящийся на орбите достаточно близкой к Be-звезде, будет практически неразличим в её ярком свете.
Разобраться в загадке помогла космическая рентгеновская обсерватория XRISM. Наблюдения системы, выполненные в 2024-2025 годах, показали, что рентгеновское излучение меняется в соответствии с орбитальным движением предполагаемого компаньона и, по всей видимости, не связано с самой звездой Be. Период этих изменений составляет около 203 дней.
Это стало первым прямым доказательством того, что горячая плазма, испускающая рентген, связана именно с компактным спутником. По всей видимости, это белый карлик с сильным магнитным полем. Его гравитация притягивает вещество из газового диска массивной звезды. Потоки вещества направляются вдоль магнитных линий белого карлика к его полюсам. Падая на поверхность, газ разгоняется до огромных скоростей и нагревается до экстремальных температур. Именно этот процесс и создаёт наблюдаемое рентгеновское излучение.
На первый взгляд такая система звёзд выглядит странно. Ведь звезда с массой около 15 солнечных проживёт всего около 10 миллионов лет. А белый карлик - это остаток ядра звезды, масса которой не превышала восьми солнечных. Такие звёзды живут заметно дольше. Тогда откуда в системе с массивной звездой белый карлик?
На самом деле здесь нет противоречия. Скорее всего, эта система когда-то состояла из двух массивных звезд, одна из которых была немного массивнее. Соответственно, она быстрее израсходовала запасы ядерного топлива и стала красным гигантом. Но поскольку это была компактная пара звёзд, более лёгкий сосед поглотил часть вещества гиганта. В итоге меньшая звезда стала массивной звездой Be, а бывший более массивный сосед превратился в маленький белый карлик.
Теперь, когда истинная природа системы γ Cas наконец раскрыта, астрономы смогут лучше понимать поведение других подобных объектов и уточнить модели эволюции тесных двойных звёзд.