Астрономы впервые увидели выживание двойной системы после взрыва сверхновой

В галактике NGC 157, в 75 миллионах световых лет от нас, есть остатки сверхновой SN 2022jli — одна из сверхновых типа Iс. Международная группа астрономов проанализировала колебания в светимости этой сверхновой в снимках телескопов и обнаружила в них признаки наличия у нее крупного тела-компаньона — второй звезды той же системы, причем довольно близкой к остаткам сверхновой. Это первый такой случай в астрономии. Статья об открытии вышла в журнале Nature.

Конец жизненного цикла большинства достаточно массивных звезд — вспышка сверхновой. Как правило, она дает не вполне симметричный взрыв, при котором из системы могут вылететь планеты и даже звезды-компаньоны. На месте самой сверхновой при этом образуется черная дыра умеренной массы или, если ядро бывшей звезды после коллапсирования оказалось недостаточно массивным, нейтронная звезда.

Теоретические расчеты довольно давно показали, что возможны и другие сценарии — с «выживанием» планет и светил-компаньонов несмотря на взрыв. Однако прямого подтверждения таких событий найти не удавалось. Даже когда у нейтронной звезды обнаруживали планеты — а именно так ученые открыли первые известные экзопланеты, — было невозможно утверждать, что они не образовались уже после взрыва, из обломочного диска. Непосредственным доказательством «выживания» могут быть наблюдения лишь в момент сразу после вспышки сверхновой.

Но тут есть нюанс: большинство сверхновых, которые регистрируют астрономы, наблюдаются довольно далеко от Земли. Вдобавок светимость остатков сверхновых быстро убывает. Следовательно, если какой-то объект у сверхновой и остался, то выявить его очень сложно: видно на больших расстояниях плохо, да еще видимость эта быстро ухудшается.

В новом исследовании астрономы обнаружили для остатков сверхновой SN 2022jli периодические изменения светимости с периодом в 12,4 земных суток. При этом, судя по спектру, к остаткам сверхновой дрейфует водород от соседнего объекта — вероятно, обычной звезды. Одновременно космический телескоп «Ферми» открыл в районе вспышки сверхновой источник гамма-излучения, по времени совпадающий с периодом первых сотен суток после вспышки.

Здесь стоит напомнить, что сам по себе компактный объект, остающийся от сверхновой, — будь то черная дыра или нейтронная звезда — гамма-излучения не дает. Тем не менее при некоторых обстоятельствах они могут порождать события, дающие гамма-излучение.

По оценке авторов работы, в этом случае излучение вызвано аккреционным диском вокруг остатка сверхновой. Такой диск образуется, если скорость «высасывания» водорода соседней звезды компактным объектом, оставшимся после взрыва SN 2022jli, высока настолько, что этот водород не успевал сразу упасть на этот объект. Тогда газ образует аккреционный диск, который быстро вращается. В процессе вращения молекулы газа сталкиваются друг с другом и разогреваются, давая рентгеновское излучение.

Газ, падающий из аккреционного диска на звезду, может частично выбрасываться ею в сторону (у полюсов) в виде перегретой плазмы. Такие структуры называют джетами. Авторы нового исследования предположили, что именно джеты могут быть частично ответственны за гамма-излучение от этой системы.

Астрономы подчеркнули, что наблюдаемая картина очень редка, иначе ее зафиксировали бы ранее. По всей видимости, звезды-компаньоны редко выживают на настолько небольших дистанциях от взорвавшейся сверхновой. Судя по периоду колебания светимости в 12,4 суток, вторая звезда системы вращается очень близко к компактному остатку взорвавшейся первой.