Любительский патруль поймал вспышку новой звезды U Скорпиона

Ровно пять лет назад, в конце января 2005 года, астроном Брэдли Шафер из Университета американского штата Луизиана предсказал взрывы двух новых звезд – включая время и место, когда они должны состояться. Одно из предсказаний касалось U Скорпиона (U Scorpii, U Sco) – слабенькой звезды, которая находится в 20 тыс. световых лет от нас в сторону центра Галактики.

Именно эта звезда должна была взорваться, увеличив яркость в 10 000 раз. По расчетам Шафера, произойти это должно было в апреле прошлого года, но тогда ничего не случилось. Впрочем, это не беда – ученый сам оценил точность своего предсказания примерно в год в ту или иную сторону. И, с опозданием всего на десять месяцев, взрыв все-таки произошел.

С пляжа в космос

28 января, около шести утра по времени Восточного побережья США, любительница астрономии Барбара Гаррис из Флориды сообщила о появлении в созвездии Скорпиона новой яркой звезды. Яркой, конечно, лишь в сравнении с ее прежним блеском – чтобы увидеть вспышку, нужен хотя бы хороший бинокль. Яркость достигла примерно восьмой звездной величины (человеческий глаз видит звезды до шестой величины).

Примерно через полчаса сообщение Гаррис подтвердил ее земляк Шон Дворак. Затем над США взошло солнце, и наблюдения звезд стали невозможны. Однако благодаря Американской ассоциации наблюдателей переменных звезд (AAVSO, American Association of Variable Star Observers) сообщение уже разошлось по миру. Так что за звездой к тому моменту смотрели из Новой Зеландии и Австралии, а вскоре подключились и наблюдатели в других странах мира.

На самом деле в предсказании Шафера ничего совсем уж экстраординарного не было. Вспышки U Sco повторяются в среднем раз в 10-12 лет, последняя была зафиксирована в 1999 году, так что было вполне естественным ждать следующего взрыва на рубеже первых и десятых годов XXI века. Однако в чем Шафер действительно молодец – так это в том, что при помощи AAVSO он организовал настоящий звездный патруль из тысяч любителей астрономии, которые с 2005 года ночь за ночью проверяли, не вспыхнула ли U Скорпиона. У профессиональных астрономов на это нет ни терпения, ни телескопного времени. А вот настоящая армия любителей, численностью которой, наверное, не может похвастаться ни одна другая наука, здесь оказалась очень кстати.

Ученым впервые удалось подробно проследить за самым максимумом блеска, на котором звезда держалась всего несколько часов, а также за быстрым, но постепенным угасанием объекта. За первый день блеск новой звезды уже ослаб в несколько раз. А самое главное – по наводке двух любителей из Флориды на U Скорпиона нацелились даже два космических телескопа – американский рентгеновский спутник RXTE (Rossi X-ray Timing Explorer) и европейская гамма-обсерватория INTEGRAL, в которой Россия, кстати, имеет 25-процентную долю. Этих данных должно хватить, чтобы разобраться в деталях самых интересных, высокоэнергичных процессов, которые происходят во время вспышки.

Термоядерные взрывы

U Скорпиона относится к числу так называемых рекуррентных, то есть повторяющихся, новых. Это редчайший класс переменных звезд, которых по всему небу известно всего с десяток. Как полагают ученые, эти звезды представляют собой пару из массивного белого карлика (сверхплотного объекта массой примерно с Солнце и размером примерно с Землю) и небольшой звезды стандартных звездных размеров.

Такие размеры и сыграли с нормальным компонентом двойной недобрую шутку. В ходе эволюции системы белый карлик так близко подобрался к нормальной звезде, что вещество с нее начало перетекать на плотного соседа. Упасть на него сразу вещество не может и вместо этого образует тонкий, так называемый аккреционный диск, из центральной части которого оно оседает непосредственно на поверхность белого карлика.

Здесь-то и готовится взрыв. Сам белый карлик – это ядро отжившей свое звезды, в котором не осталось достаточно водорода для поддержания ядерных реакций. А вот в нормальной звезде водорода большая часть, и именно он течет на поверхность белого карлика. Благодаря огромной плотности звезды-карлика сила тяжести на ней огромна (в сотни тысяч раз больше, чем на Земле), а это значит, что нижние слои выпавшего на поверхность газа оказываются под огромным давлением со стороны верхних слоев.

В какой-то момент нижние слои просто не выдерживают – давление становится достаточным для запуска ядерных реакций. Этот процесс мгновенно охватывает всю поверхность карлика, и происходит грандиозный термоядерный взрыв. Внешние слои белого карлика взрываются, аккреционный диск разрушается, а на небе зажигается «новая» звезда, которая в тысячи раз ярче самой себя еще днем ранее.

Снова нова

Так астрономы объясняют взрывы новых уже с полвека. Главное следствие этой теории – то, что и белый карлик, и его нормальная напарница после взрыва остаются на своих местах: энергия вспышки невелика в сравнении с энергией движения звезд друг вокруг друга. А значит, со временем здесь вновь образуется аккреционный диск, газ начнет падать на поверхность белого карлика и копиться там, и рано или поздно история повторится, последует новый взрыв, такой же, как предыдущий.

Собственно, рекуррентные новые – это такие новые, у которых характерное время повторов меньше, чем время существования астрофизики в ее нынешнем виде. Если копить газ для взрыва надо тысячи лет, то за всю историю астрономии мы вряд ли смогли бы увидеть больше одной вспышки. А если они повторяются каждые 20, 30, пусть даже 50 лет, то эту повторяемость можно зафиксировать.

U Скорпиона – рекордсмен среди рекуррентных новых, ее вспышки случаются примерно раз в десять лет. И, как полагают астрономы, это связано с очень большой массой белого карлика. Такие объекты с увеличением массы становятся не больше, а меньше, так что сила тяжести на их поверхности растет опережающими темпами. Поэтому детонировать может меньшая масса вещества – из-за большего ускорения силы тяжести она больше весит и сильнее давит. А меньшая масса вещества успевает нападать за меньший срок.

По подсчетам астрономов, масса белого карлика в U Sco – минимум 1,2 массы Солнца. И скорее всего, с каждой вспышкой она увеличивается – ведь далеко не весь «боезаряд» при взрыве разлетается в космическое пространство, часть оседает на карлике. И это уже чревато куда более серьезным взрывом – сверхновой типа Ia, при котором детонирует уже весь белый карлик целиком.

Дальше страшней

Для взрыва сверхновой белый карлик должен стать тяжелее так называемого предела Чандрасекара, который в большинстве случаев составляет примерно 1,4 массы Солнца. U Скорпиона до этого предела недалеко – как подсчитали в 2001 году, после предыдущей вспышки, ученые из британского Университета Шеффилда, копить массу этой звезде осталось около 700 тыс. лет.

Когда это все-таки произойдет, U Скорпиона станет самой яркой звездой на небе и по блеску будет уступать лишь Венере, Луне и Солнцу. Впрочем, конкретную дату ученые тогда назвать не смогли – в модели системы по-прежнему достаточно много неопределенности. Нынешние наблюдения, без сомнения, смогут ее хотя бы немножко уменьшить.

Впрочем, загадывать что на 700 тыс. лет вперед, что даже просто на 700 лет вряд ли стоит. В любом случае нас оно вряд ли касается. А вот другое предсказание Шафера из той же работы, в которой он определил дату взрыва U Скорпиона, у нас есть шанс проверить. В рамках той же теории у него получилось, что очередная вспышка рекуррентной новой T Компаса (T Pyx) должна произойти на южном небе в 2052 году – плюс-минус три года. Подождем.