Астрономы наконец-то выяснили, что происходит во время взрывов новых звезд

С помощью телескопа CHARA, расположенного в Университете штата Джорджия, международная группа учёных обнаружила неожиданные сложности в процессе взрыва звёзд.

_{Художественное изображение Nova V1674 Геркулеса. Источник: массив CHARA}

Астрономы получили изображения двух звёздных взрывов, называемых новыми звёздами, всего через несколько дней после их извержения. Детализация снимков не имела себе равных. Эти наблюдения прямо указывают на то, что новые звёзды устроены гораздо сложнее, чем считалось ранее. Они выбрасывают множество потоков вещества, а в некоторых случаях этот процесс начинается с большой задержкой.

Международное исследование, опубликованное в журнале Nature Astronomy, основано на мощном методе наблюдения, известном как интерферометрия, который используется в Центре астрономии с высоким угловым разрешением (CHARA Array) в Калифорнии. Комбинируя свет от нескольких телескопов, исследователи добились чрезвычайно высокого разрешения, необходимого для получения изображений этих быстро меняющихся событий в процессе их развития.

«Эти снимки позволяют нам рассмотреть крупным планом, как вещество выбрасывается из звезды во время взрыва, — говорит Гейл Шефер из Университета штата Джорджия, директор обсерватории CHARA Array. — Чтобы зафиксировать эти кратковременные явления, необходимо гибко подстраивать наше ночное расписание под новые перспективные цели».

_{Ученые из обсерватории CHARA в штате Джорджия получили изображения Новой V1674 Геркулеса — одного из самых быстрых звездных взрывов за всю историю наблюдений. Изображения Новой V1674 Геркулеса, полученные через 2,2 дня (слева) и 3,2 дня (в центре) после взрыва. На изображениях видны два отдельных перпендикулярных потока газа, отмеченных зелеными стрелками. На панели справа представлено художественное изображение взрыва. Источник: обсерватория CHARA}

Новые звёзды возникают, когда компактный звёздный остаток, называемый белым карликом, запускает неуправляемую ядерную реакцию после поглощения вещества из близлежащей звезды-компаньона. До недавнего времени астрономам приходилось полагаться на косвенные признаки для изучения самых ранних фаз этих извержений, поскольку расширяющиеся обломки выглядели как одиночная светящаяся точка.

Понимание того, как выбрасывается этот материал и как сталкиваются различные потоки, является ключом к объяснению того, как в новых звёздах образуются ударные волны. Такие ударные волны были впервые обнаружены телескопом НАСА Fermi Large Area Telescope (LAT). За первые 15 лет работы Fermi-LAT зафиксировал гамма-излучение в диапазоне ГэВ от более чем 20 новых звёзд, подтвердив, что эти взрывы могут генерировать высокоэнергетическое излучение, и сделав их важными объектами для мультиmessenger-астрономии.

История двух новых звёзд

Исследователи сосредоточили внимание на двух совершенно разных новых звёздах, вспыхнувших в 2021 году. Первая из них, Nova V1674 Геркулеса, была одной из самых быстро вспыхивающих новых звёзд, которая выросла и угасла всего за несколько дней. На снимках видны два отдельных потока газа, движущихся в перпендикулярных направлениях, что указывает на то, что взрыв включал в себя несколько взаимодействующих вспышек. Примечательно, что эти структуры появились в то же время, когда космический гамма-телескоп НАСА «Ферми» зафиксировал гамма-излучение, напрямую связав высокоэнергетическое излучение со столкновениями между потоками.

_{Комплекс CHARA расположен в обсерватории Маунт-Вилсон в горах Сан-Габриэль на юге Калифорнии. Шесть телескопов комплекса CHARA расположены на трёх «рукавах». Свет от каждого телескопа по вакуумным трубам поступает в центральную лабораторию объединения лучей. Фото: Университет штата Джорджия/Комплекс CHARA}

Второй объект, Nova V1405 Кассиопеи, вёл себя совсем по-другому. Он эволюционировал гораздо медленнее и, как ни странно, сохранял свои внешние слои более 50 дней, прежде чем они были выброшены. Это наблюдение является самым убедительным доказательством того, что некоторые новые звёзды задерживают выброс вещества. Когда газ наконец был выброшен, образовались новые ударные волны, которые снова произвели гамма-излучение, зафиксированное телескопом НАСА «Ферми».

«Эти наблюдения позволяют нам наблюдать за звёздным взрывом в режиме реального времени. Это очень сложная задача, которая долгое время считалась невыполнимой, — сказал Элиас Айди, ведущий автор исследования и профессор физики и астрономии в Техасском технологическом университете. — Вместо того чтобы видеть просто вспышку света, мы теперь раскрываем истинную сложность происходящих взрывов. Это как перейти от зернистой чёрно-белой фотографии к видео высокой чёткости».

Выявление скрытых структур

Возможность рассмотреть такие мелкие детали появилась благодаря использованию интерферометрии — того же метода, который позволил получить изображение чёрной дыры в центре нашей галактики. Эти чёткие изображения были дополнены спектрами, полученными с помощью крупных обсерваторий, таких как «Джемини», которые отслеживали эволюцию следов выброшенного газа. По мере появления новых характеристик в спектрах они совпадали со структурами, выявленными на интерферометрических изображениях, что стало убедительным подтверждением того, как формировались и сталкивались потоки.

_{Кругами обозначены купола шести телескопов CHARA Array в исторической обсерватории Маунт-Вилсон. Фото: Государственный университет Джорджии/The CHARA Array}

«Это невероятный прорыв», — сказал Джон Монье, профессор астрономии в Мичиганском университете, соавтор исследования и эксперт в области интерферометрической визуализации. «Тот факт, что теперь мы можем наблюдать за взрывающимися звёздами и сразу видеть структуру выбрасываемого в космос материала, поразителен. Это открывает нам новый взгляд на одни из самых драматичных событий во Вселенной».

Значение для физики звёзд

Полученные результаты не только свидетельствуют о неожиданной сложности природы новых звёзд, но и помогают объяснить природу их мощных ударных волн, которые, как известно, генерируют высокоэнергетическое излучение, такое как гамма-лучи. Телескоп НАСА «Ферми» стал ключевым инструментом в обнаружении этой связи, благодаря которому новые звёзды стали естественными лабораториями для изучения физики ударных волн и ускорения частиц.

«Новые звёзды — это не просто фейерверки в нашей галактике, это лаборатории экстремальной физики, — говорит профессор Лора Хомиюк, соавтор исследования из Мичиганского государственного университета и эксперт по звёздным взрывам. — Наблюдая за тем, как и когда выбрасывается вещество, мы наконец можем установить связь между ядерными реакциями на поверхности звезды, геометрией выбрасываемого вещества и высокоэнергетическим излучением, которое мы фиксируем из космоса».

Полученные данные опровергают устоявшееся мнение о том, что вспышки новых звёзд — это единичные импульсные события. Вместо этого они указывают на различные пути выброса вещества, в том числе на множественные выбросы и отсроченное высвобождение оболочки, что меняет наше представление об этих космических взрывах.

«Это только начало, — сказал Айди. — Благодаря таким наблюдениям мы наконец сможем ответить на важные вопросы о том, как живут, умирают и влияют на своё окружение звёзды. Новые звёзды, которые когда-то считались простыми взрывами, оказываются гораздо более сложными и интересными, чем мы могли себе представить».

Наблюдения за двумя новыми звёздами были проведены в рамках программы открытого доступа CHARA Array, финансируемой Национальным научным фондом в рамках грантов № AST-2034336 и AST-2407956. Институциональную поддержку CHARA Array оказывают Колледж искусств и наук Университета штата Джорджия, администрация проректора и администрация вице-президента по исследованиям и экономическому развитию.

Ссылка:

«Множественные выбросы и отсроченные выбросы, выявленные с помощью ранних изображений новых звёзд» Элиаса Айди, Джона Д. Монье, Антуана Меранда, Гейл Х. Шефер, Лауры Хомиюк, Магдалены Отулаковски-Гипка, Джи-Лин Фан, Кван Лок Ли, Кирилла В. Соколовский, Рикардо Салинас, Майкл Такер, Бенджамин Шеппи, Ричард Руди, Ким Л. Пейдж, Н. Пол М. Куин, Дэвид А. Х. Бакли, Питер Крейг, Лука Иззо, Джастин Линфорд, Брайан Д. Метцгер, Кодзи Мукаи, Марина Орио, Кен Дж. Шен, Джей Стрейдер, Дженнифер Л. Соколоски, Роберт Э. Уильямс, Монтана Н. Уильямс, Джесесью Р. Хабти, Стефан Краус, Нарсиредди Анугу, Жан-Батист Ле Букен, Сорабх Чабра, Изабель Кодрон, Тайлер Гарднер, Майра Гутьеррес, Нура Ибрагим, Сиприен Лантерманн, Бенджамин Р. Сеттерхолм, Кристофер Эшолл, Джейсон Т. Хинкл, Томас де Джегер и Анна В. Пейн, 5 декабря 2025 г., Nature Astronomy. DOI: 10.1038/s41550-025-02725-1