Астрономы раскрыли 50-летнюю тайну рентгеновского излучения звезды Гамма-Кассиопеи

Художественное изображение массивной звезды Гамма-Кассиопеи и ее маленького, но плотного компаньона — белого карлика. Новые данные XRISM показывают, что диск вещества, выброшенный Гамма-Кассиопеей, поглощается белым карликом, генерируя рентгеновское излучение. Credit: ESA / Y. Nazé

Астрономы наконец-то определили источник необычного рентгеновского излучения, исходящего от яркой звезды Гамма-Кассиопеи. Виновником оказался невидимый звезда-компаньон, который притягивает вещество от своего более крупного соседа. Это открытие положило конец загадке, мучившей ученых более пятидесяти лет.

Новые данные высокого разрешения, полученные с помощью рентгеновской обсерватории XRISM (X-Ray Imaging and Spectroscopy Mission), показали, что рентгеновское излучение связано с орбитой находящегося поблизости белого карлика. Отследив это движение, исследователи смогли подтвердить истинное происхождение излучения. Результаты описаны в исследовании под руководством Яэль Назе из Льежского университета, Бельгия.

«На протяжении многих десятилетий велись интенсивные попытки разгадать тайну Гамма-Кассиопеи. И теперь, благодаря высокоточным наблюдениям XRISM, мы наконец сделали это», — говорит Яэль.

Яркая звезда с долгой историей загадочного поведения

Звезду Гамма-Кассиопеи (γ-Cas) можно увидеть невооруженным глазом; она образует центральную точку знакомого W-образного созвездия Кассиопеи, видимого в ясные ночи по всей Европе. Несмотря на свою яркость, она вызывала вопросы с 1866 года, когда итальянский астроном Анджело Секки заметил в ее свете нечто необычное.

Вместо темной линии водорода, как у Солнца, Гамма-Кассиопея демонстрировала яркую. Эта неожиданная особенность привела к созданию новой категории звезд, известных как «Be-звезды», объединяющих «B» (горячие, голубовато-белые звезды) с «e» (их характерные эмиссионные линии).

Ученым потребовалось много лет, чтобы понять, что это излучение исходит от вращающегося диска вещества, выброшенного быстро вращающейся звездой. Эти диски могут расти и исчезать со временем, вызывая изменения яркости, которые и сегодня привлекают внимание астрономов-любителей.

Улики указывают на скрытого компаньона — белого карлика

По мере совершенствования наблюдений астрономы обнаружили едва заметные движения Гамма-Кассиопеи, которые намекали на присутствие меньшего по размеру компаньона. Хотя его нельзя увидеть напрямую, исследователи предположили, что это может быть белый карлик — плотный звездный остаток с массой, подобной солнечной, но сжатый до размеров, сравнимых с Землей.

Новая загадка появилась в 1970-х годах, когда было обнаружено, что Гамма-Кассиопея испускает необычно сильное рентгеновское излучение. Дальнейшие исследования показали, что это излучение исходит от чрезвычайно горячей плазмы, достигающей температуры около 150 миллионов градусов, что намного горячее и ярче, чем ожидалось для такой звезды.

С помощью передовых рентгеновских обсерваторий, таких как XMM-Newton (ЕКА), Chandra (NASA) и eROSITA (под руководством Германии), астрономы идентифицировали около двух десятков подобных систем. Эти звезды типа Гамма-Кассиопеи образуют уникальную подгруппу среди Be-звезд из-за их интенсивного рентгеновского излучения.

Данные XRISM подтверждают аккрецию как источник рентгеновских лучей

В течение многих лет ученые обсуждали два основных объяснения. Одна идея предполагала, что магнитные взаимодействия между звездой и окружающим ее диском создают высокоэнергетическое излучение. Другая предполагала, что вещество из диска падает на скрытого компаньона, производя рентгеновские лучи.

Высокоточный спектрометр Resolve на борту XRISM наконец дал ответ. Наблюдения показали, что горячая плазма, производящая рентгеновские лучи, движется синхронно с орбитой невидимого компаньона. Это подтверждает, что белый карлик притягивает вещество от Гамма-Кассиопеи и генерирует рентгеновские лучи по мере нагревания материала.

«Предыдущая работа с использованием XMM-Newton действительно расчистила путь для XRISM, позволив нам исключить множество теорий и доказать, какая из двух последних конкурирующих теорий была верна, — говорит Яэль. — Чрезвычайно приятно иметь прямые доказательства, чтобы наконец разгадать эту тайну!»

Новые взгляды на эволюцию двойных звезд

Идентификация систем типа Гамма-Кассиопеи как пар Be-звезд и аккрецирующих белых карликов отвечает на давний вопрос об их рентгеновском излучении. В то же время это поднимает новые вопросы о том, как эти двойные системы формируются и изменяются со временем.

Ученые когда-то полагали, что такие пары будут обычным явлением, особенно среди звезд малой массы. Однако недавние результаты показывают, что они встречаются реже, чем ожидалось, и чаще ассоциируются с массивными Be-звездами.

«Мы думаем, что ключ кроется в понимании того, как именно происходят взаимодействия между двумя звездами, — говорит Яэль. — Теперь, когда мы знаем истинную природу Гамма-Кассиопеи, мы можем создать модели специально для этого класса звездных систем и соответствующим образом обновить наше понимание эволюции двойных звезд».

«Невероятно видеть, как эта тайна медленно раскрывалась на протяжении многих лет, — говорит Алиса Боргезе, научный сотрудник ЕКА, специализирующийся в области астрофизики высоких энергий. — XMM-Newton проделала огромную подготовительную работу, исключив различные теории о Гамма-Кассиопее. И теперь, с помощью следующего поколения передовых инструментов, XRISM привела нас к финишу».

«Этот замечательный результат подчеркивает прочное сотрудничество между японскими, европейскими и американскими командами XRISM, — добавляет Маттео Гуайнацци, научный сотрудник проекта XRISM от ЕКА. — Эта международная команда объединяет технические и научные знания, необходимые для решения величайших загадок рентгеновской Вселенной и открытия новых направлений для исследований».

Источники:

Материалы предоставлены Европейским космическим агентством.

Yaël Nazé, Masahiro Tsujimoto, Gregor Rauw, Sean J. Gunderson. Orbital motion detected in γ Cas Fe K emission lines. Astronomy, 2026; 707: A334 DOI: 10.1051/0004-6361/202558284