Аккреция и SS Лебедя: как точные измерения спасли пошатнувшуюся теорию
Множества ярких астрофизических явлений – от квазаров до вспышек сверхновых – вызываются аккрецией: падением космического вещества (газа) на космическое тело из окружающего пространства. Часто в результате аккреции вещество и свет «выбрасываются» в космос – именно поэтому мыи можем наблюдать эти явления.
Аккреция также играет важную роль в функционировании катаклизмических переменных звезд: тесных двойных систем из белого карлика и компаньона, проявляющих катаклизмическую (вспышечную и проч.) активность. Однако наблюдения за ближайшей из таких систем – SS Лебедя – поставили теорию аккреции под сомнение. Вспышки SS Лебедя были слишком яркие, чтобы мочь объяснить их каким-либо аккреционным процессом – поэтому астрономы усомнились в том, что он влияет на катаклизмические переменные. Кое-кто даже засомневался, что аккреция участвует в других явлениях – например, в ярких ядрах галактик.
Но на помощь теории аккреции пришли новые данные наблюдений. Джеймс Миллер-Джонс (James Miller-Jones) и его коллеги-астрономы максимально точно измерили расстояние до SS Лебедя – с помощью двух систем радиотелескопов и геометрического метода. Оказалось, что эта двойная система находится на расстоянии 372 световых лет от Солнечной системы – на 28% ближе, чем по данным предыдущих измерений. В таком случае яркие вспышки SS Лебедя вполне поддаются объяснению через теорию аккреции.
Аккреция и нестабильность
Катаклизмические переменные также описываются как повторные новые звезды. В отличие от сверхновых, повторные новые не уничтожают породившую их звезду – отсюда и периодические вспышки. SS Лебедя состоит из белого карлика (останки звезды, похожей на наше Солнце) и маломассивного оранжевого карлика. Гравитационные силы белого карлика «тянут» плазму (ионизированный газ) у оранжевого карлика, от чего вокруг белого карлика появился крутящийся аккреционный диск.
Однако, в отличие от других «бурных» новых, температура диска в SS Лебедя сравнительно небольшая – иногда он охлаждается до величин, позволяющих электронам «вернуться» в атомы. Когда это происходит, диск испускает резкую вспышку света – и на короткое время повышается светимость всей системы. Этот процесс не приводит к деструкции и поэтому может повторяться много раз (так называемая теория нестабильности аккреционного диска).
На графике: SS Лебедя периодически вспыхивает. Светимость внезапно начинает увеличиваться, достигает пика в течении дня, а потом вспышка длится 1-2 недели. «Горбы» графика показывают, когда аккреционный диск охлаждается настолько, чтобы электроны воссоединились с атомами.
Но расстояние до SS Лебедя по данным нескольких измерений оказалось очень большим – то есть, вспышки на самом деле ярче, и, значит, температура системы должна быть больше, чем предполагает теория нестабильности аккреционного диска. Значит, мы неправильно понимаем устройство катаклизмических переменных – и, возможно, и другие случаи аккреции (микроквазары или рентгеновские двойные звезды, вспышки около сверхмассивных черных дыр).
Проблемы параллакса
В 1999 году расстояние до SS Лебедя было оценено в 519 световых лет – по данным телескопа «Хаббл», ориентировавшегося на видимый свет. Новые измерения основываются на радиоизлучении, они дали цифру в 372 световых года – то есть, яркость и температура аккреционного диска должна быть ниже.
Однако тут возникает другая проблема: откуда взялся такой большой разброс в измерениях? В обоих случаях применялся метод параллакса: геометрический метод измерения расстояния до космических объектов. Для измерений с помощью параллакса требуются ориентиры: объекты, расстояние до которых известно.
Для измерений по видимому свету эту роль играют ближайшие к Земле звезды. А вот при измерениях с помощью радиоизлучения триангуляция осуществляется с помощью объектов, находящихся вне нашей галактики – и искажений, связанных с позицией наблюдателя, почти нет. Единственная проблема – достать снимки высокого разрешения: это сложно потому, что радиотелескопы работают на очень большой длине волны. Для решения этой проблемы авторы исследования использовали как Антенную решётку со сверхдлинными базами (Very Long Baseline Array, VLBA), расположенную в Северной Америке, так и Европейскую РСДБ-сеть – массивы радиотелескопов, находящихся на большом расстоянии друг от друга. Именно благодаря разбросанности телескопы получили картинку с очень высоким разрешением, которая помогла измерить параллакс с высокой точностью.
Вряд ли стоит сомневаться в точности новых данных. Но всё равно неясно, почему измерение на основе видимого света дало настолько отличающиеся результаты. Так или иначе, теория нестабильности аккреционного диска спасена, и SS Лебедя остается безупречным образцом повторных новых звезд.
Данные исследования опубликованы в журнале Science.
По материалам Ars Technica.
Артём Космарский nauka21vek.ru