28.11.2025. - Внутренняя область системы белых карликов

Внутренняя область системы белых карликов

Примерно в 200 световых годах от Земли ядро мертвой звезды вращается вокруг более крупной звезды в жутком космическом танце. Мертвая звезда - это тип белого карлика, который создает мощное магнитное поле, притягивающее вещество от более крупной звезды к вращающемуся аккрецирующему диску.

Спиральная пара представляет собой так называемую "промежуточную полярную" звездную систему, которая испускает сложную структуру интенсивного излучения, включая рентгеновские лучи, когда газ от более крупной звезды попадает на другую.

Теперь астрономы Массачусетского технологического института использовали рентгеновский телескоп в космосе, чтобы определить ключевые особенности самой внутренней области системы - чрезвычайно энергичной среды, которая до сих пор была недоступна большинству телескопов.

В исследовании, опубликованном в открытом доступе в Astrophysical Journal, команда ученых сообщает, что использовала рентгеновскую поляриметрию NASA Imaging X-ray Polarimetry Explorer (IXPE) для наблюдения промежуточного полюса, известного как EX Hydrae.

Команда обнаружила удивительно высокую степень поляризации рентгеновских лучей, которая описывает направление электрического поля рентгеновской волны, а также неожиданное направление поляризации рентгеновских лучей, исходящих из ЭКС-Гидры. Основываясь на этих измерениях, исследователи проследили направление рентгеновских лучей до их источника в самой внутренней области системы, расположенной близко к поверхности белого карлика.

Более того, они определили, что рентгеновские лучи системы испускались столбом раскаленного добела вещества, которое белый карлик притягивал к себе от своей звезды-компаньона.

По их оценкам, высота этого столба составляет около 2000 миль — примерно половина радиуса самого белого карлика и намного больше, чем предсказывали физики для такой системы. Они также определили, что рентгеновские лучи отражаются от поверхности белого карлика, прежде чем рассеяться в космосе - эффект, о котором физики подозревали, но который до сих пор не был подтвержден.

Результаты работы команды демонстрируют, что рентгеновская поляриметрия может быть эффективным способом изучения экстремальных условий звездной среды, таких как наиболее энергетичные области аккрецирующего белого карлика.

"Мы показали, что рентгеновская поляриметрия может быть использована для проведения детальных измерений геометрии аккреции белого карлика", - говорит Шон Гандерсон, постдок Института астрофизики и космических исследований Кавли Массачусетского технологического института, который является ведущим автором исследования. "Это открывает окно в возможность проведения аналогичных измерений других типов аккрецирующих белых карликов, у которых также никогда не было предсказанных сигналов поляризации рентгеновского излучения".

Соавторами работы Гандерсона в Массачусетском технологическом институте Кавли являются аспирант Свати Рави и ученые-исследователи Герман Маршалл и Дэвид Хенемурдер, а также Дастин Рой из Университета Айовы, Ричард Игнас из Государственного университета Восточного Теннесси, Яэль Назе из Льежского университета и Прагати Прадхан из авиационного университета Эмбри Риддла.

Источник высокой энергии

Электрические и магнитные поля воздействуют на все формы света, включая рентгеновские лучи. Свет распространяется в виде волн, которые изгибаются под прямым углом к направлению распространения света.

Внешние электрические и магнитные поля могут направлять эти колебания в произвольных направлениях. Но когда свет взаимодействует с поверхностью и отражается от нее, он может стать поляризованным, что означает, что его колебания усиливаются в одном направлении. Таким образом, поляризованный свет может помочь ученым отследить источник света и различить некоторые детали его геометрии.

Космическая обсерватория IXPE - это первая миссия НАСА, предназначенная для изучения поляризованных рентгеновских лучей, испускаемых экстремальными астрофизическими объектами. Космический аппарат, запущенный в 2021 году, вращается вокруг Земли и регистрирует эти поляризованные рентгеновские лучи. С момента запуска он был в основном посвящен сверхновым, черным дырам и нейтронным звездам.

Новое исследование Массачусетского технологического института является первым, в котором IXPE используется для измерения поляризованных рентгеновских лучей от промежуточной полярности - системы меньшего размера по сравнению с черными дырами и сверхновыми, которая, тем не менее, известна как сильный излучатель рентгеновских лучей.

"Мы начали говорить о том, насколько сильной была бы поляризация, чтобы получить представление о том, что происходит в системах такого типа, которые большинство телескопов видят просто как точку в поле зрения", - говорит Маршалл.

Промежуточный полюс получил свое название из-за силы магнитного поля центрального белого карлика. Когда это поле сильное, вещество звезды-компаньона притягивается непосредственно к магнитным полюсам белого карлика. Когда поле очень слабое, звездный материал вместо этого вращается вокруг карлика в виде аккреционного диска, который в конечном итоге осаждает вещество непосредственно на поверхности карлика.

Физики предсказывают, что в случае промежуточного полюса вещество должно падать по сложной схеме, образуя аккреционный диск, который также притягивается к полюсам белого карлика.

Магнитное поле должно поднять диск из поступающего материала далеко вверх, подобно высокоэнергетическому фонтану, прежде чем звездный мусор упадет к магнитным полюсам белого карлика со скоростью миллионы миль в час, что астрономы называют "аккреционным занавесом".

Физики подозревают, что этот падающий материал должен наталкиваться на ранее поднятый материал, который все еще падает к полюсам, создавая своего рода газовую пробку. Это скопление вещества образует столб сталкивающегося газа температурой в десятки миллионов градусов по Фаренгейту, который должен испускать рентгеновские лучи высокой энергии.

Самый глубокий снимок

Измеряя любые поляризованные рентгеновские лучи, испускаемые EX Hydrae, команда стремилась проверить гипотезу физиков о промежуточных полярах. В январе 2025 года система IXPE выполнила в общей сложности около 600 000 секунд рентгеновских измерений, или около семи дней.

"Для каждого рентгеновского снимка, поступающего от источника, вы можете измерить направление поляризации", - объясняет Маршалл. "Вы собираете множество снимков, и все они под разными углами и направлениями, которые вы можете усреднить, чтобы получить предпочтительную степень и направление поляризации".

Их измерения показали 8%-ную степень поляризации, которая была намного выше, чем предсказывали ученые в соответствии с некоторыми теоретическими моделями. Таким образом, исследователи смогли подтвердить, что рентгеновские лучи действительно исходили из колонны системы, и что высота этой колонны составляет около 2000 миль.

"Если бы вы могли встать немного ближе к полюсу белого карлика, вы бы увидели столб газа, поднимающийся на 2000 миль в небо, а затем расходящийся веером", - говорит Гандерсон.

Команда также измерила направление поляризации рентгеновского излучения ЭКС-Гидры, которое, как они определили, было перпендикулярно столбу поступающего газа белого карлика. Это было признаком того, что рентгеновские лучи, испускаемые столбом, затем отражались от поверхности белого карлика, прежде чем отправиться в космос и в конечном итоге попасть в телескопы IXPE.

"Поляризация рентгеновских лучей полезна тем, что она дает представление о самой внутренней, наиболее энергичной части всей системы", - говорит Рави. "Когда мы смотрим в другие телескопы, мы не видим таких деталей".

Команда планирует применить поляризацию рентгеновских лучей для изучения других аккрецирующих систем белых карликов, что могло бы помочь ученым получить представление о гораздо более масштабных космических явлениях.

"Наступает момент, когда на белого карлика от звезды-компаньона падает так много материала, что белый карлик больше не может его удерживать, все это разрушается и образует своего рода сверхновую, которую можно наблюдать по всей Вселенной, что может быть использовано для определения размеров Вселенной". - Предлагает Маршалл.

"Таким образом, понимание этих систем белых карликов помогает ученым понять источники этих сверхновых и рассказывает вам об экологии галактики".

Источник