Авторы: Александр Бурлака и Наталья Вирнина
Летом 2023 года ученые сделали предсказание, согласно которому звезда Т Северной Короны примерно через год должна была вспыхнуть как яркая новая. Возможность увидеть столь редкое явление на много месяцев стала одной из главных тем для обсуждения в среде любителей наблюдать за звездным небом. Однако она так и не вспыхнула.
Т Северной Короны
«В этом году на небе должна появиться новая звезда!». Статьи под таким или очень похожими заголовками выходят практически весь 2024 год. Их первоисточником стал анонс на сайте Американской ассоциации наблюдателей переменных звезд, авторами которого являются астроном из Государственного университета Луизианы Брэдли Шафер и двое его коллег. Речь в этом анонсе идет об интригующей уникальной звезде Т Северной Короны (T CrB), или как ее еще называют — Вспыхивающей звезде (Blaze Star).
Б. Шафер широко известен как исследователь новых и сверхновых звезд и считается одним из лучших специалистов в мире по Т Северной Короны. Да и сам этот объект постоянно находится под наблюдением астрономов.
Внимание Шафера привлекло то, что с 2015 года звезда стала несколько ярче, а в марте-апреле 2023-го это «активное состояние» сменилось определенным спадом. Ровно такое же поведение наблюдалось перед прошлой вспышкой, произошедшей почти 80 лет назад. Поэтому вполне логично было предположить, что звезда готова вспыхнуть снова.
После анонса скорой вспышки T CrB по всему Северному полушарию развернулась масштабная кампания по наблюдениям. В одну лишь официальную базу Американской ассоциации наблюдателей переменных звезд с того времени отправили свои результаты около 500 профессионалов и энтузиастов.
Т Северной Короны уникальна по нескольким причинам, но самой важной из них является то, что среди всех звезд, которые более чем раз проявили себя как новые (так называемые повторные новые), она является ближайшей к Земле, а также единственной, чью вспышку можно наблюдать без оптических приборов. Основываясь на наблюдениях прошлых веков, можно ожидать, что в какой-то момент обычно невидимый невооруженным глазом небесный объект превратится в звезду, соизмеримую по яркости с Полярной.
Вспышки ожидали еще с весны 2024 года, однако уже закончился октябрь, а яркого шоу так и не произошло. Так что же, получается, ученые обманули людей? Чтобы ответить на этот вопрос, надо подробнее разобраться в том, что мы вообще знаем о Т Северной Короны.
Прошлые вспышки звезды
12 мая 1866 года в созвездии Северной Короны неожиданно появилось еще одно светило, которое своим блеском не уступало самой яркой его звезде — Альфекка. Трудно сказать кто первым это заметил, ведь среди официальных первооткрывателей значатся трое: Дж. Бирмингем, М. Волтер и Й. Шмидт. Последний из них был одним из самых искусных наблюдателей своего времени.
В начале той памятной ночи он внимательно осмотрел небо и не заметил ничего необычного в Северной Короне. А уже через несколько часов Корону украсил новый «бриллиант» — звезда с блеском 2,0m, то есть примерно такая же яркая, как Полярная и самые приметные звезды Большой Медведицы. Это обстоятельство дает представление о том, насколько быстро развивалась вспышка — буквально в течение нескольких часов.
После вспышки 1866 года героиня нашей истории попала в каталог переменных звезд как Т Северной Короны, была классифицирована как новая и стала объектом пристального внимания астрономов всего мира. Причина такого благосклонного отношения ученых не в последнюю очередь кроется в том, что T CrB была на тот момент самой яркой новой Северного полушария за все время наблюдений.
Вспышка 1866 года продолжалась недолго. Достигнув пика, звезда довольно быстро начала терять яркость: через неделю ее уже невозможно было увидеть невооруженным глазом, а еще через 3 недели она полностью вернулась к своему нормальному состоянию.
Однако через ~80 дней после этого исследователей ожидал настоящий сюрприз: яркость Т Северной Короны снова увеличилась, хотя лишь до 8-й звездной величины (это все еще за пределами возможности человеческих глаз). Такую яркость звезда сохраняла еще в течение 80 дней, большую часть времени держась на одном уровне. Астрономы XIX века еще не знали что собой представляют новые звезды и почему они вспыхивают, но продолжали вести наблюдения, накапливая драгоценный материал для наших современников.
В 1920 году к наблюдениям подключился известный американский астроном-любитель Лесли Пелтье. Т Северной Короны по-настоящему увлекла его. Он наблюдал звезду каждую ясную ночь в течение многих лет, ожидая повторной вспышки.
В течение 60 лет звезда показывала разве что незначительные колебания блеска, но в 1936 году астрономы заметили, что яркость T CrB несколько возросла, а в 1944–45 годах начала стремительно уменьшаться. И тогда Лесли Пелтье выдвинул смелое предположение, что события 1866-го должны вскоре повториться. Однако никто не знал, когда именно.
Т Северной Короны вспыхнула снова в ночь с 8 на 9 февраля 1946 года. Позже, в своей книге «Звездные ночи: Приключения звездочета», Пелтье трогательно вспоминает эту вспышку:
«Более двадцати пяти лет я смотрел на нее из ночи в ночь, как она качалась и колебалась в своей отрывистой дремоте. А потом, одной февральской ночью 1946 года, она зашевелилась, медленно открыла глаза, потом быстро откинула драпировку своего дивана и встала! Прошло полных восемьдесят лет с тех пор, как в последний раз звезда нарушила симметрию Северной Короны. И где был я, ее самозваный охранник, в ту необыкновенную ночь, когда она проснулась? Я спал!».
Регулярные наблюдения холодными зимними ночами сильно истощают. Поэтому, когда Пелтье проснулся в 2:30, чтобы проверить несколько предрассветных переменных зрение, и почувствовал, что заболел, он был вынужден отменить наблюдения и вернуться в постель:
«Вот так я пропустил ночь из ночей в жизни Т Северной Короны. Это была ночь, которой ждали спектроскописты. Именно в те первые часы пробуждения новорожденная звезда — со всей полнотой молодости — раскрывает свои самые сокровенные секреты».
На этот раз ученые еще тщательнее изучали ее поведение, впервые сделали спектральный анализ новой звезды и все время сравнивали свежие данные с предыдущими наблюдениями. Они обнаружили, что кривая блеска (изменение яркости) звезды после вспышки практически идентична предыдущему разу, включая длинное вторичное плато.
Очевидно, что бы там ни произошло с Т Северной Короны, такое развитие событий для нее типично. Ученые пришли к выводу, что эта звезда является представителем повторных новых звезд, и стали ждать следующей вспышки, которая, судя по предыдущему опыту, должна была произойти где-то около 2026 года.
Но «первые звоночки» стали заметны быстрее, чем ожидали астрономы. После активной фазы 2015–2023 гг., Т Северной Короны начала тускнеть, и это было очень убедительным свидетельством приближения взрыва, несмотря на то, что, исходя из предыдущего промежутка между вспышками, для новой было немного рановато.
В конце концов, как показало исследование других повторных новых, промежуток между вспышками не является чем-то абсолютно неизменным, и для среднего значения в 80 лет отклонение в 12–20 месяцев не такое уж и большое.
На что похожа система Т Северной Короны
Современные ученые уже в целом понимают строение Т Северной Короны. Как и все объекты, где происходят вспышки новых, она представляет собой тесную двойную систему, одной из звезд в которой является белый карлик. Редкой, если не сказать уникальной, ее делает второй компонент.
Им является не субгигант (звезда, только начавшая сходить с главной последовательности), а настоящий красный гигант. Это действительно гигантская звезда, которая при массе в 1,12 солнечной имеет радиус более 26 млн км — в 66 раз больше, чем у нашего светила. Несмотря на грандиозные размеры, гигант несколько уступает массой белому карлику, который по этому параметру на 35% превосходит наше Солнце. По сравнению с красным гигантом, более массивный белый карлик выглядит маленькой точкой — его размер примерно равен земному.
Если взять именно расстояние между центрами, то окажется, что центр масс находится немного ближе к белому карлику. Однако при этом надо учитывать, что радиус красного гиганта приближается к половине этой величины.
Поэтому на практике система Т Северной Короны выглядит следующим образом. Огромный красный гигант вращается вокруг точки, которая удалена от его поверхности на величину, существенно меньшую его радиуса. А с противоположной стороны на расстоянии, которое немного меньше радиуса красного гиганта вокруг этой же точки движется крошечная точка белого карлика. Один полный оборот происходит за 227 земных суток.
Миллиарды лет эволюции привели к тому, что красный гигант целиком заполнил свою полость Роша — грушевидную область пространства вокруг компонента двойной системы, где доминирует его гравитация. Зато белый карлик, напротив, сидит глубоко внутри своей полости Роша, окруженный веществом, которое он «крадет» у своего не в меру толстого компаньона. Интересно, что полость Роша белого карлика больше, чем красного гиганта.
Много лет назад (никто точно не знает насколько давно это было) между двумя звездами в космосе протянулся своеобразный «мост». Вещество начало перетекать с красного гиганта на белый карлик, при этом оно двигалось не прямо на него, а описывало сложные траектории. В конце концов процесс перетекания вещества стабилизировался, и вокруг белого карлика образовался аккреционный диск из газа, который он «отобрал» у своего гигантского соседа.
Постепенно водород из аккреционного диска попал непосредственно на поверхность белого карлика, накопился там, и в какой-то момент сложились условия для начала цепной термоядерной реакции.
Ее мы и наблюдаем как вспышку, то есть фактически это — термоядерный взрыв, и именно поэтому вспышка такая короткая. Катаклизм разрушает аккреционный диск и «мост», который его подпитывает, а через некоторое время переток вещества восстанавливается, и весь процесс повторяется в течение следующих 80 лет.
Красный гигант и синий свет
Астрономы, как профессионалы так и любители, проводят наблюдения в различных диапазонах — от инфракрасного до ультрафиолетового. Такой подход в определенном смысле заменяет спектры низкого разрешения. Чаще всего измерения блеска делаются в двух диапазонах — зеленом и синем. Это стандартная практика при исследовании всех звезд. Делают это ученые из-за того, что светила имеют разную температуру.
А это значит, что и пик излучения у них приходится на разную длину волн, поэтому разница между уровнем яркости на зеленой и синей длинах волн — это самый простой способ охарактеризовать излучение светила.
В Т Северной Короны большую часть времени перед вспышками эта разница очень большая. Это и неудивительно, учитывая то, что мы видим преимущественно свет холодного красного гиганта, температура поверхности которого составляет «всего» 2870 К.
Однако когда за десятилетия до вспышки светимость растет, «синяя» кривая практически выравнивается с «зеленой». Да и во время вспышки две кривые почти не отличаются друг от друга. Это подтверждает то, что главную роль во всех этих событиях играет именно белый карлик, поверхность которого разогрета до 10 000 К.
Что такое повторная вспышка?
Вся эта картина выглядит фантастической, но в целом понятной. Однако в ней скрывается несколько загадок, на самом деле более интересных, чем вопрос, почему вспышка не состоялась в 2024 году. И первая из них — повторное увеличение яркости почти через 3 месяца после главной вспышки. Оно наблюдалось уже дважды, оба раза изменения блеска происходили одинаково, но они были совсем не похожи на основной взрыв — ни по форме кривой, ни по амплитуде.
Что это такое – ученые вообще сказать не могут, но имеют несколько предположений. Согласно первому из них, вскоре после вспышки вокруг белого карлика формируется плотное кольцо из материала, который падает на горячую звезду и вызывает новую термоядерную реакцию. Правда, на самом деле это возможно только в том случае, если это будет не белый карлик, а звезда главной последовательности, потому эту версию стоит отбросить.
Вторая версия, или, точнее, группа версий, строится вокруг предположения, что вспышка на белом карлике дополнительно разогревает повернутое к нему полушарие красного гиганта, и именно его свет мы видим во время вторичной вспышки. Однако, если бы это действительно было так, то вторичная вспышка наступала бы сразу после первой. Но ведь между ними есть еще 80-дневный промежуток, в котором Т Северной Короны находится в пассивной фазе. Поэтому эта версия также не годится.
Следующее объяснение принадлежит самому Шаферу, тому самому, который сделал предсказание вспышки Т Северной Короны в этом году. Он заметил, что во время повторной вспышки яркость в синих и зеленых волнах приближаются друг к другу, поэтому и за нее тоже должен отвечать белый карлик, а не красный гигант.
Он предположил, что на самом деле речь идет о еще одном термоядерном взрыве. Температура поверхности белого карлика в этот момент выше, чем обычно, и это приводит к преждевременному запуску механизма новой: водород вспыхивает, хотя и не так сильно, как при обычном взрыве, зато горение длится дольше. При этом описанная теория никакими численными расчетами не подтверждена.
Наконец, можно вспомнить, что и сам аккреционный диск вокруг белого карлика может излучать немало света. Во время вспышки он полностью разрушается, а после прекращения термоядерной реакции его образование начинается снова. Движение материала внутри полости Роша мертвой звезды, как уже указывалось, в начале достаточно хаотично. Поэтому, вполне возможно, что вторичная вспышка — это на самом деле какой-то процесс, связанный со стабилизацией диска.
Загадка уменьшения периода вращения
Огромная загадка Т Северной Короны связана с периодом вращения этой удивительной пары. Цифра в 227 суток на самом деле весьма приблизительна. Столетия наблюдения за системой показали, что эта величина все время менялась.
Между первой и второй вспышками период медленно возрастал — на 55 секунд за год. И это прекрасно объясняется самой сущностью системы. Красный гигант теряет некоторое количество материала, а вместе с ним и момент инерции. Поэтому он постепенно удаляется от белого карлика.
Во время вспышки 1946 года период вращения системы скачкообразно увеличился на довольно значительную величину. И это тоже очень легко можно объяснить. Термоядерный взрыв отталкивает два светила друг от друга и расстояние между ними увеличивается.
Однако после этого наблюдался странный эффект. Как и раньше, период вращения продолжил меняться. Однако он не увеличивался, как можно было ожидать, а уменьшался, причем достаточно быстро.
Как и в случае повторной вспышки, хорошего объяснения у ученых нет. Проще всего было бы обвинить в таком эффекте пыль и газ вокруг звездной пары, или их магнитные поля. Однако расчеты Б. Шафера показывают, что эти эффекты слишком слабы для того, чтобы объяснить наблюдаемое явление.
Возложить вину на гипотетические взаимодействия какого-то из светил с материалом, перетекающим с одного на другое, тоже не получится. Даже в активном состоянии системы, когда ее яркость повышается перед вспышкой, его суммарная масса составляет миллионные доли солнечной. А в пассивном состоянии эта величина составляет вообще миллиардные доли солнечной массы.
Поэтому уменьшение периода вращения так и остается одной большой загадкой. То же самое касается повышения яркости системы за десятилетия до вспышки и глубокой «ямы» непосредственно перед ней. Если первое еще имеет какие-то соответствия в других повторных новых, то второе — уникально для Т Северной Короны. Относительно природы этих процессов можно только догадываться. В частности, они могут быть связаны с аккреционным диском, но что именно происходит — нет никаких предположений.
Так когда же ждать вспышки?
Но вернемся к рассуждениям о том, когда же Т Северной Короны должна вспыхнуть снова. Вопрос о том, насколько надежными являются любые прогнозы, достаточно сложный. Мы вполне можем доверять наблюдениям, которые свидетельствуют, что в последние годы эта система вела себя очень похоже на то, что было перед вспышкой 1946 года. Их осуществляла куча людей по всему миру, поэтому здесь ошибки или лжи быть не может.
Другой момент – насколько точно мы можем сказать, что такое поведение означает, что через определенное количество месяцев произойдет взрыв. Астрономы видели это ровно один раз, потому что перед вспышкой 1866 года никто таких наблюдений не проводил.
Вывод о том, что все должно произойти так же, делается из большого сходства основного и повторного взрывов в 1866 и 1946 годах. Но это вовсе не означает, что и остальные процессы там идут каждый раз одинаково. Наблюдения других повторных новых свидетельствуют, что повторяемость событий в таких системах далека от часовой точности.
Но даже то, насколько промежуток между взрывами в случае Т Северной Короны может меняться от одного раза к другому, остается для ученых загадкой. Дело в том, что она очень не похожа на остальные известные повторные новые, где партнером белого карлика выступает не гигант, а лишь субгигант, и поэтому период вращения системы там значительно меньше. Поэтому аналогии просто не работают.
Когда именно Т Северной Короны вспыхивала перед 1866 годом – тоже никто на 100 процентов не уверен. Есть свидетельства, что это произошло в 1787-м. По крайней мере в каталоге Фрэнсиса Воластона, изданном в 1888 году, есть светило с очень близкими координатами. Кроме того, в средневековой хронике есть свидетельство вспышки в 1217 году, но там вообще все туманно.
Если предположить, что колебания периода между вспышками составляет не более нескольких месяцев, то Т Северной Короны должна превратиться в новую только в конце 2025-го — начале 2026 года. Выводы Шафера о вспышке противоречат этому, но они базируются на чуть более основательных наблюдениях. Вот только и то, и другое — выводы, сделанные, по сути, на основе одного наблюдения, в отношении которого нет никакой уверенности о том, насколько тот случай был типичным.
С точки зрения повседневной логики, оба вывода лучше обоснованы, чем большинство предсказаний, с которыми мы сталкиваемся в жизни. Астрономия часто имеет дело с явлениями, повторяющимися неоднократно, для которых известна вариативность и хорошо объяснены все наблюдаемые процессы.
Все это — не про Т Северной Короны, с ее многочисленными загадками. Ученые не уверены, когда же эта новая должна вспыхнуть, но основания ожидать взрыва в ближайшее время абсолютно надежны. И ученые с нетерпением ждут этого момента, готовы направить весь разнообразный арсенал наземных и космических телескопов — от радио и инфракрасных, и до тех, что работают в рентгеновском и гамма-диапазоне.
