Звезда γ Кассиопеи, видимая невооруженным глазом в созвездии Кассиопеи, уже полвека ставит в тупик астрофизиков. Она испускает рентгеновские лучи такой интенсивности и с такой температурой, которые не соответствуют тому, что можно было бы ожидать от обычной массивной звезды. Наблюдения, проведенные с помощью прибора Resolve на борту японского телескопа XRISM, позволили установить, что это излучение исходит от белого карлика, вращающегося вокруг γ Кассиопеи. Это также подтверждает существование семейства двойных систем, наличие которых давно предсказывалось, но так и не было подтверждено. Результаты исследования, проведенного астрономами из Льежского университета, были опубликованы в журнале Astronomy & Astrophysics.
Гамма Кассиопеи была первой звездой типа Be, которую в 1866 году идентифицировал как таковую итальянский астроном Анджело Секки. Звезды типа Be — это быстро вращающиеся массивные звезды, которые регулярно выбрасывают вещество. Это вещество образует вокруг звезды диск, наличие которого можно определить по характерным линиям в оптическом спектре. В 1976 году стало очевидно, что гамма-Кассиопеи испускает рентгеновские лучи со светимостью примерно в 40 раз большей, чем у сопоставимых по массе звезд, при этом плазма нагревается до температуры более 100 миллионов градусов и демонстрирует необычайно высокую переменность. За два десятилетия наблюдений с помощью крупных космических обсерваторий было обнаружено около 20 объектов с такими же свойствами, которые образовали подкласс звезд, названных «аналогами гамма-Кассиопеи».
«Для объяснения этого излучения было предложено несколько сценариев, — объясняет Яэль Назе, астроном из Льежского университета. — Один из них предполагал локальное магнитное пересоединение между поверхностью звезды Ве и ее диском. Согласно другим сценариям, рентгеновское излучение было связано с компаньоном — звездой, лишенной внешних слоев, нейтронной звездой или аккрецирующим белым карликом. Астрономы из Льежского университета уже исключили первые два варианта на основании противоречий между наблюдениями и теоретическими прогнозами. Аккрецирующий белый карлик и магнитные взаимодействия оставались возможными кандидатами, но ни одно из наблюдений не позволяло сделать выбор в пользу одного из них.
Чтобы прояснить этот вопрос, команда провела исследование с помощью микрокалориметра Resolve. Прибор, который обеспечивает спектры с непревзойденной точностью и совершает революцию в астрофизике высоких энергий, позволил получить данные. Было проведено три наблюдения: в декабре 2024 года, в феврале и июне 2025 года. Они охватывали весь диапазон орбитального движения двойной системы с периодом 203 дня.
«Спектры показали, что характеристики высокотемпературной плазмы меняются в зависимости от скорости движения белого карлика по орбите, а не от скорости движения звезды типа Be», — продолжает исследователь. «Этот сдвиг был измерен с высокой статистической достоверностью. По сути, это первое прямое доказательство того, что сверхгорячая плазма, излучающая рентгеновские лучи, связана с компактным компаньоном, а не с самой звездой типа Be».
Умеренная ширина этих сигнатур (порядка 200 км/с) дает дополнительную информацию. Она фактически исключает возможность того, что белый карлик не обладает магнитным полем и аккреция происходит во внутренних областях диска, которые быстро вращаются и поэтому дают очень широкие сигнатуры. Таким образом, наблюдения указывают на то, что белый карлик обладает магнитным полем: диск усечен, а магнитное поле направляет аккрецируемый материал к полюсам (см. рисунок).
Эти результаты позволяют идентифицировать Гамма Кассиопеи и аналогичные ей звезды как двойные системы, состоящие из Be-звезды и белого карлика. Существование этих объектов давно предсказывалось, но до сих пор не было доказано. Астрономы из Университета Льежа также выявили две отличительные особенности этой популяции: в основном она состоит из массивных Be-звезд, на долю которых приходится около 10% таких звезд. Однако теоретические модели предсказывали, что доля таких звезд не только выше, но и что среди них есть маломассивные Be-звезды.
Это несоответствие предполагает пересмотр моделей бинарной эволюции, особенно в отношении эффективности массопереноса между компонентами — вывод, который согласуется с выводами нескольких недавних независимых исследований. Таким образом, разгадка этой тайны открывает направления исследований на долгие годы. Понимание эволюции двойных систем имеет решающее значение для изучения, например, гравитационных волн, поскольку именно массивные двойные системы излучают их в конце своей жизни.
[Фото: University of Liège / Y.Nazé]
