Астрономы обнаружили объект, который может оказаться остатком взрыва сверхновой звезды-компаньона той, что породила туманность Медуза. Шестнадцать лет наблюдений позволили выявить протяжённое гамма-излучение с энергией в несколько гигаэлектронвольт, исходящее из области, долгое время скрытой за чрезвычайно ярким излучением основного остатка сверхновой. Если выводы исследователей подтвердятся, это будет первый известный кандидат в двойную систему, в которой обе звезды со временем взорвались как сверхновые.
Остатки сверхновых представляют собой огромные облака вещества, образовавшиеся после взрыва звезды и выброса её внешних слоёв. Сверхновые могут возникать по двум основным сценариям: в результате коллапса ядра массивной звезды или после термоядерного взрыва белого карлика, накопившего критическое количество вещества.
При коллапсе ядра массивная звезда, исчерпав запасы термоядерного топлива, больше не может противостоять собственной гравитации и начинает стремительно сжиматься. В результате происходит один из самых мощных взрывов во Вселенной. После такого события обычно остаётся компактный объект — нейтронная звезда или чёрная дыра, а выброшенное во время взрыва вещество образует расширяющийся остаток сверхновой.
В случае белого карлика взрыв может произойти, когда он начинает поглощать вещество звезды-компаньона. По мере накопления материи белый карлик достигает критической массы, после чего запускается термоядерная реакция, полностью разрушающая звезду. В этом случае компактный остаток обычно не формируется, хотя звезда-компаньон может пережить взрыв.
В Млечном Пути уже известно около 300 остатков сверхновых, однако установить возможные связи между ними чрезвычайно сложно. Особенно это касается областей нашей Галактики, где плотность звёзд, газа и молекулярных облаков особенно высока. В новом исследовании, опубликованном 21 июля в журнале Nature Communications, астрономы представили свидетельства того, что два остатка сверхновых могут происходить от звёзд, когда-то входивших в одну двойную систему.
Следы двух взрывов в одной звёздной системе
Объект IC 443, известный как туманность Медуза, находится примерно в 6000 световых годах от Земли в направлении созвездия Близнецов. Он является одним из наиболее изученных остатков сверхновых в Млечном Пути, однако окружающая его область по-прежнему хранит множество загадок и отличается сложной структурой облаков газа и пыли.
До недавнего времени остатки сверхновых в основном изучали в радиодиапазоне. Это связано с тем, что синхротронное радиоизлучение, возникающее при движении заряженных частиц по искривлённым траекториям, может сохраняться на протяжении длительного времени. Кроме того, современные радионаблюдения особенно хорошо выявляют протяжённые нетепловые структуры.
Новые обзоры неба позволили обнаружить кандидатов в остатки сверхновых, которые преимущественно излучают в рентгеновском и гамма-диапазонах. Одним из таких объектов стал G189.6+3.3, расположенный в непосредственной близости от IC 443. Исследователи решили выяснить, могут ли два объекта быть связаны между собой.
Для этого астрономы проанализировали 16 лет наблюдений гамма-телескопа Fermi, данные рентгеновской обсерватории eROSITA, а также результаты наблюдений в других диапазонах электромагнитного спектра. Совместный анализ показал, что оба остатка могут быть связаны с двумя разными взрывами сверхновых, произошедшими в одной исходной двойной системе.
«Мы показываем, что 16 лет наблюдений Fermi-LAT выявили протяжённое гамма-излучение с энергией в несколько гигаэлектронвольт, исходящее от G189.6+3.3 — источника, который долгое время оставался скрытым в тени гораздо более яркой IC 443», — пишут исследователи.
Согласно реконструкции учёных, звезда, породившая G189.6+3.3, могла взорваться примерно за 20 000–100 000 лет до взрыва звезды, сформировавшей IC 443. Исследователи считают, что оба объекта находятся примерно на одинаковом расстоянии от Земли, а их пространственное расположение и разница во времени между взрывами согласуются со сценарием, в котором две звезды изначально входили в одну двойную систему.
Дополнительным аргументом в пользу этой гипотезы стала общая область взаимодействия с окружающим газом. По мнению авторов работы, оба остатка могли сформироваться в одной и той же среде, что объясняет их близкое расположение и сходство некоторых наблюдаемых свойств.
Моделирование и статистический анализ показали, что такая конфигурация с относительно низкой вероятностью могла возникнуть случайно. Поэтому сценарий, согласно которому звёзды изначально были связаны гравитацией в двойной системе, выглядит более вероятным.
Важную роль в исследовании сыграло гамма-излучение G189.6+3.3. Ударная волна сверхновой могла сжимать окружающий плотный газ и ускорять протоны космических лучей. При взаимодействии этих частиц с веществом облаков возникало гамма-излучение высокой энергии, которое удалось обнаружить благодаря длительным наблюдениям.
Если дальнейшие исследования подтвердят связь между G189.6+3.3 и IC 443, система станет первым известным кандидатом, в котором обе звезды исходной двойной системы взорвались как сверхновые. Такое открытие позволит лучше понять, как эволюционируют массивные двойные звёзды, как их взрывы влияют друг на друга и каким образом формируются сложные структуры из остатков сверхновых в нашей Галактике.
Исследование опубликовано в журнале Nature Communications.