Автори: Олександр Бурлака та Наталя Вірніна
Влітку 2023 року вчені зробили передбачення, згідно з яким зоря Т Північної Корони приблизно через рік мала спалахнути як яскрава нова. Можливість побачити настільки рідкісне явище на багато місяців стала однією з найголовніших тем для обговорення у середовищі любителів спостережень за зоряним небом. Проте вона так і не спалахнула.
Т Північної Корони
«Цьогоріч на небі має з’явитися нова зоря!». Статті під таким чи дуже схожими заголовками виходять практично увесь 2024 рік. Їхнім першоджерелом став анонс на сайті Американської асоціації спостерігачів змінних зір, авторами якого є астроном із Державного університету Луїзіани Бредлі Шафер та двоє його колег. Мова в цьому анонсі про унікальну зорю Т Північної Корони (T CrB), або як її ще називають — зорю, що спалахує (Blaze Star).
Б. Шафер широко відомий як дослідник нових та наднових зір і вважається одним із найкращих фахівців у світі з Т Північної Корони. Та й сам цей об’єкт постійно перебуває під наглядом астрономів.
Увагу Шафера привернуло те, що з 2015 року зоря стала дещо яскравішою, а у березні-квітні 2023-го цей «активний стан» змінився певним спадом. Рівно така ж сама поведінка спостерігалася перед минулим спалахом, що стався майже 80 років тому. Тож цілком логічно було припустити, що зоря готова спалахнути знову.
Після анонсу скорого спалаху T CrB по всій Північній півкулі розгорнулася масштабна кампанія зі спостережень. В одну лише офіційну базу Американської асоціації спостерігачів змінних зір відтоді відправили свої результати близько 500 професіоналів та ентузіастів.
Т Північної Корони унікальна з кількох причин, але найважливішою з них є те, що серед усіх зір, які більш ніж раз проявили себе як нові (так звані повторні нові), вона є найближчою до Землі, а також єдиною, чий спалах можна спостерігати без оптичних приладів. Базуючись на спостереженнях минулих століть, можна очікувати, що в якийсь момент зазвичай невидимий неозброєним оком небесний об’єкт перетвориться на зорю, співмірну за яскравістю з Полярною.
Спалаху очікували ще з весни 2024 року, проте вже закінчився жовтень, а яскравого шоу так і не сталося. То що ж, виходить, вчені надурили людей? Для того, аби відповісти на це запитання, треба детальніше розібратися у тому, що ми взагалі знаємо про Т Північної Корони.
Минулі спалахи зорі
12 травня 1866 року в сузір’ї Північної Корони зненацька з’явилося ще одне світило, що своїм блиском не поступалося найяскравішій його зорі — Альфекка. Важко сказати, хто першим це помітив, адже серед офіційних першовідкривачів значаться троє: Дж. Бірмінгем, М. Волтер та Й. Шмідт. Останній із них був одним з наймайстерніших спостерігачів свого часу.
На початку тієї пам’ятної ночі він уважно оглянув небо і не помітив нічого незвичайного у Північній Короні. А вже за кілька годин Корону прикрасив новий «діамант» — зоря з блиском 2,0m, тобто приблизно настільки ж яскрава, як Полярна та найпримітніші зорі Великої Ведмедиці. Ця обставина дає уявлення про те, наскільки швидко розвивався спалах — буквально впродовж кількох годин.
Після спалаху 1866 року героїня нашої історії потрапила у каталог змінних зір як Т Північної Корони, була класифікована як нова і стала об’єктом пильної уваги астрономів усього світу. Причина такого прихильного ставлення вчених не в останню чергу криється в тому, що T CrB була на той момент найяскравішою новою Північної півкулі за увесь час спостережень.
Спалах 1866 року тривав недовго. Досягнувши піка, зоря доволі швидко почала втрачати яскравість: через тиждень її вже неможливо було побачити неозброєним оком, а ще за 3 тижні вона повністю повернулася до свого нормального стану.
Проте через ~80 днів після цього на дослідників очікував справжній сюрприз: яскравість Т Північної Корони знову збільшилася, хоча лише до 8-ї зоряної величини (це все ще за межами можливості людських очей). Таку яскравість зоря зберігала ще впродовж 80 днів, більшу частину часу тримаючись на одному рівні. Астрономи ХІХ століття ще не знали, що собою являють нові зорі та чому вони спалахують, але продовжували вести спостереження, накопичуючи дорогоцінний матеріал для наших сучасників.
У 1920 році до спостережень приєднався відомий американський астроном-аматор Леслі Пелтьє. Т Північної Корони по-справжньому захопила його. Він спостерігав зорю кожної ясної ночі впродовж багатьох років, очікуючи на повторний спалах.
Впродовж 60 років зоря показувала хіба що незначні коливання блиску, але у 1936 році астрономи помітили, що яскравість T CrB дещо зросла, а в 1944–45 роках почала стрімко зменшуватися. І тоді Леслі Пелтьє висунув сміливе припущення, що події 1866-го мають незабаром повторитися. Проте ніхто не знав, коли саме.
Т Північної Корони спалахнула знову в ніч з 8 на 9 лютого 1946 року. Пізніше, у своїй книзі «Зоряні ночі: Пригоди звіздаря», Пелтьє зворушливо згадує цей спалах:
«Понад двадцять п’ять років я дивився на неї з ночі в ніч, як вона хиталася і коливалася у своїй уривчастій дрімоті. А потім, однієї лютневої ночі 1946 року, вона заворушилася, повільно відкрила очі, потім швидко відкинула драпірування свого дивана й підвелася! Минуло повних вісімдесят років відтоді, як востаннє зоря порушила симетрію Північної Корони. І де був я, її самозваний охоронець, тієї незвичайної ночі, коли вона прокинулася? Я спав!».
Регулярні спостереження холодними зимовими ночами сильно виснажують. Тому, коли Пелтьє прокинувся о 2:30, щоб перевірити декілька передсвітанкових змінних зір, і відчув, що захворів, він був змушений скасувати спостереження і повернутися до ліжка:
«Ось так я пропустив ніч із ночей у житті Т Північної Корони. Це була ніч, якої чекали спектроскопісти. Саме в ті перші години пробудження новонароджена зоря — з усією повнотою молодості — розкриває свої найпотаємніші секрети».
Цього разу вчені ще ретельніше вивчали її поведінку, вперше зробили спектральний аналіз нової зорі й увесь час порівнювали свіжі дані з попередніми спостереженнями. Вони виявили, що крива блиску (зміна яскравості) зорі після спалаху практично ідентична до попереднього разу, включно з довгим вторинним плато.
Очевидно, що б там не сталося з Т Північної Корони, такий розвиток подій для неї типовий. Науковці дійшли висновку, що ця зоря є представником повторних нових зір, і стали чекати на наступний спалах, який, судячи з попереднього досвіду, мав статися десь близько 2026 року.
Але «перші дзвіночки» стали помітні швидше, ніж очікували астрономи. Після активної фази 2015–2023 рр., Т Північної Корони почала тьмянішати, і це було дуже переконливим свідченням наближення вибуху, попри те, що, виходячи з попереднього проміжку між спалахами, для нової було трохи зарано.
Зрештою, як показало дослідження інших повторних нових, проміжок між спалахами не є чимось абсолютно незмінним, і для середнього значення у 80 років відхилення у 12–20 місяців не таке вже й велике.
На що схожа система Т Північної Корони
Сучасні вчені вже в цілому розуміють будову Т Північної Корони. Як і всі об’єкти, де відбуваються спалахи нових, вона являє собою тісну подвійну систему, однією із зір в якій є білий карлик. Рідкісною, якщо не сказати унікальною, її робить другий компонент.
Ним є не субгігант (зоря, що тільки почала сходити з головної послідовності), а справжній червоний гігант. Це дійсно велетенська зоря, яка за маси у 1,12 сонячної має радіус понад 26 млн км — у 66 разів більший, ніж у нашого світила. Попри грандіозні розміри, гігант дещо поступається масою білому карлику, який за цим параметром на 35% переважає наше Сонце. Порівняно з червоним гігантом, більш масивний білий карлик здається маленькою цяткою — його розмір приблизно дорівнює земному.
Якщо взяти саме відстань між центрами, то виявиться, що центр мас трохи ближче до білого карлика. Однак при цьому треба враховувати, що радіус червоного гіганта наближається до половини цієї величини.
Тому на практиці система Т Північної Корони така: величезний червоний гігант обертається навколо точки, яка віддалена від його поверхні на величину, суттєво меншу за його радіус. А з протилежного боку на відстані, що трохи менша за радіус червоного гіганта, навколо цієї ж точки рухається крихітна точка білого карлика. Один повний оберт відбувається приблизно за 227 земних діб.
Мільярди років еволюції призвели до того, що червоний гігант цілком заповнив свою порожнину Роша — грушеподібну область простору навколо компонента подвійної системи, де домінує його гравітація. Натомість білий карлик, навпаки, сидить глибоко всередині своєї порожнини Роша, оточений речовиною, яку він «краде» у свого не в міру товстого компаньйона. Цікаво, що порожнина Роша білого карлика більша, ніж червоний гігант.
Багато років тому (ніхто точно не знає наскільки давно це було) між двома зорями у космосі протягнувся своєрідний «міст». Речовина почала перетікати з червоного гіганта на білий карлик, при цьому вона рухалася не прямо на нього, а описувала складні траєкторії. Зрештою процес перетікання речовини стабілізувався, і навколо білого карлика утворився акреційний диск з газу, який він «відібрав» у свого гігантського сусіда.
Поступово водень з акреційного диска потрапив безпосередньо на поверхню білого карлика, накопичився там, і в якийсь момент склалися умови для початку ланцюгової термоядерної реакції.
Її ми й спостерігаємо як спалах, тобто фактично це — термоядерний вибух, і саме тому спалах такий короткий. Катаклізм руйнує акреційний диск та «міст», що його підживлює, а через деякий час перетікання речовини відновлюється, і весь процес повторюється протягом наступних 80 років.
Червоний гігант та синє світло
Астрономи, як професіонали так і аматори, проводять спостереження у різних діапазонах — від інфрачервоного до ультрафіолетового. Такий підхід у певному сенсі замінює спектри низької роздільної здатності. Найчастіше виміри блиску робляться у двох діапазонах — зеленому та синьому. Це стандартна практика у дослідженнях усіх зір. Роблять це вчені через те, що світила мають різну температуру.
А це означає, що і пік випромінювання у них припадає на різну довжину хвиль, тож різниця між рівнем яскравості на зеленій та синій довжинах хвиль — це найпростіший спосіб схарактеризувати випромінювання світила.
У Т Північної Корони більшу частину часу перед спалахами ця різниця дуже велика. Це й не дивно, зважаючи на те, що ми бачимо переважно світло холодного червоного гіганта, температура поверхні якого складає «лише» 2870 К.
Проте коли за десятиліття до спалаху світимість зростає, «синя» крива практично вирівнюється із «зеленою». Та й під час спалаху дві криві майже не відрізняються одна від одної. Це підтверджує те, що головну роль в усіх цих подіях відіграє саме білий карлик, поверхня якого розігріта до 10 000 К.
Що таке повторний спалах?
Усе ця картина здається фантастичною, але загалом зрозумілою. Проте у ній криється кілька загадок, насправді цікавіших за питання, чому спалах не відбувся у 2024 році. І перша з них — повторне збільшення яскравості майже через 3 місяці після головного спалаху. Воно спостерігалося вже двічі, обидва рази зміни блиску відбувалися однаково, але вони були геть не схожі на основний вибух — ані за формою кривої, ані за амплітудою.
Що це таке — вчені взагалі сказати не можуть, але мають кілька припущень. Згідно з першим із них, невдовзі після спалаху навколо білого карлика формується щільне кільце з матеріалу, який падає на гарячу зорю і спричиняє нову термоядерну реакцію. Щоправда, насправді це можливо тільки в тому випадку, якщо це буде не білий карлик, а зоря головної послідовності, тож цю версію варто відкинути.
Друга версія, чи, точніше, група версій, будується навколо припущення, що спалах на білому карлику додатково розігріває повернуту до нього півкулю червоного гіганта, і саме її світло ми бачимо під час вторинного спалаху. Однак, якби це справді було так, то вторинний спалах наставав би одразу після першого. Але ж між ними є ще 80-денний проміжок, в якому Т Північної Корони перебуває у пасивній фазі. Тому ця версія також не годиться.
Наступне пояснення належить самому Шаферу, тому самому, що зробив передбачення спалаху Т Північної Корони в цьому році. Він зауважив, що під час повторного спалаху яскравість у синіх та зелених хвилях наближаються одна до одної, тож і за нього теж має відповідати білий карлик, а не червоний гігант.
Він припустив, що насправді йдеться про ще один термоядерний вибух. Температура поверхні білого карлика в цей момент вища, ніж зазвичай, і це призводить до передчасного запуску механізму нової: водень спалахує, хоча й не так сильно, як під час звичайного вибуху, зате горіння триває довше. При цьому описана теорія жодними чисельними розрахунками не підтверджена.
Нарешті, можна згадати, що і сам акреційний диск навколо білого карлика може випромінювати чимало світла. Під час спалаху він повністю руйнується, а після припинення термоядерної реакції його утворення починається знову. Рух матеріалу всередині порожнини Роша мертвої зорі, як вже вказувалося, на початку достатньо хаотичний. Тож, цілком можливо, що вторинний спалах — це насправді якийсь процес, пов’язаний зі стабілізацією диска.
Загадка зменшення періоду обертання
Величезна загадка Т Північної Корони пов’язана з періодом обертання цієї дивовижної пари. Цифра у 227 діб насправді вельми приблизна. Століття спостереження за системою показали, що ця величина весь час змінювалася.
Між першим та другим спалахами період повільно зростав — на 55 секунд за рік. І це чудово пояснюється самою сутністю системи. Червоний гігант втрачає деяку кількість матеріалу, а разом із ним і момент інерції. Тож він поступово віддаляється від білого карлика.
Під час спалаху 1946 року період обертання системи стрибкоподібно збільшився на досить значну величину. І це теж дуже легко можна пояснити. Термоядерний вибух відштовхує два світила одне від одного і відстань між ними збільшується.
Проте після цього спостерігався дивний ефект. Як і раніше, період обертання продовжив змінюватися. Проте він не збільшувався, як можна було очікувати, а зменшувався, причому достатньо швидко.
Як і у випадку повторного спалаху, хорошого пояснення у вчених немає. Простіше за все було б звинуватити у такому ефекті пил і газ навколо зоряної пари, або їхні магнітні поля. Проте розрахунки Б. Шафера показують, що ці ефекти занадто слабкі для того, аби пояснити явище, яке спостерігається.
Покласти провину на гіпотетичні взаємодії якогось зі світил із матеріалом, що перетікає з одного на інше, теж не вийде. Навіть в активному стані системи, коли її яскравість підвищується перед спалахом, його сумарна маса складає мільйонні частини сонячної. А в пасивному стані ця величина складає взагалі мільярдні частини сонячної маси.
Тож зменшення періоду обертання так і залишається однією великою загадкою. Те ж саме стосується підвищення яскравості системи за десятиліття до спалаху і глибокої «ями» безпосередньо перед ним. Якщо перше ще має якісь відповідники в інших повторних нових, то друге — унікальне для Т Північної Корони. Щодо природи цих процесів можна лише здогадуватися. Зокрема, вони можуть бути пов’язані з акреційним диском, але що саме відбувається — немає жодних припущень.
То коли ж чекати на спалах?
Але повернімось до міркувань про те, коли ж Т Північної Корони має спалахнути знову. Питання щодо того, наскільки надійними є будь-які прогнози, достатньо складне. Ми цілком можемо довіряти спостереженням, які свідчать, що останніми роками ця система поводилася дуже схоже на те, що було перед спалахом 1946 року. Їх здійснювала купа людей по всьому світу, тож тут помилки чи брехні бути не може.
Інший момент — наскільки точно ми можемо сказати, що така поведінка означає, що за певну кількість місяців станеться вибух. Астрономи бачили це рівно один раз, бо перед спалахом 1866 року ніхто таких спостережень не проводив.
Висновок про те, що все має відбутися так само, робиться з великої подібності основного та повторного вибухів у 1866 та 1946 роках. Але це зовсім не означає, що і решта процесів там відбуваються щоразу однаково. Спостереження інших повторних нових свідчать, що повторюваність подій у таких системах далека від годинникової точності.
Але навіть те, наскільки проміжок між вибухами у випадку Т Північної Корони може змінюватися від одного разу до іншого, залишається для науковців загадкою. Річ у тім, що вона дуже не схожа на решту відомих повторних нових, де партнером білого карлика є не гігант, а лише субгігант, і тому період обертання системи там значно менший. Відтак аналогії просто не працюють.
Коли саме Т Північної Корони спалахувала перед 1866 роком — теж ніхто на 100 відсотків не впевнений. Є свідчення, що це сталося 1787-го. Принаймні у каталозі Френсіса Воластона, виданому 1888 року, є світило з дуже близькими координатами. Крім того, у середньовічній хроніці є свідчення спалаху в 1217 році, але там взагалі все туманно.
Якщо припустити, що коливання періоду між спалахами становить не більш як кілька місяців, то Т Північної Корони має перетворитися на нову тільки наприкінці 2025-го — початку 2026 року. Висновки Шафера про спалах суперечать цьому, але вони базуються на трохи більш ґрунтовних спостереженнях. Ось тільки і те, і інше — висновки, зроблені, по суті, на основі одного спостереження, щодо якого немає жодної впевненості про те, наскільки той випадок був типовим.
З точки зору повсякденної логіки, обидва висновки краще обґрунтовані, ніж більшість передбачень, з якими ми стикаємося в житті. Астрономія часто має справу з явищами, які повторюються неодноразово, для яких відома варіативність і добре пояснені всі процеси, що спостерігаються.
Усе це — не про Т Північної Корони, з її численними загадками. Вчені не впевнені, коли ж ця нова має спалахнути, але підстави очікувати вибуху найближчим часом абсолютно надійні. І науковці з нетерпінням чекають на цей момент, готові спрямувати увесь різноманітний арсенал наземних та космічних телескопів — від радіо та інфрачервоних, і до тих, що працюють у рентгенівському та гамма-діапазоні.
