Ультраяркие рентгеновские источники нашли у двух старых галактик. Новый природный феномен?
Казалось бы, видимая область Вселенной неплохо изучена. Нам известны многие типы звёзд и других астрономических объектов. Но даже здесь есть место для абсолютно таинственных и необъяснимых явлений. А как ещё назвать сверхъяркие вспышки рентгеновского излучения, которые замечены возле галактик NGC 4636 и NGC 5128.
Астрофизики прямо говорят, что ничего подобного не видели. Это может быть совершенно новый природный феномен.
Согласно официальной классификации, вспышки такого рода относятся к ультраярким рентгеновским источникам (ULX). Их история началась в 2005 году, когда была опубликована научная работа об ULX около галактики NGC 4697. Около NGC 4697 были зафиксированы только две короткие вспышки ULX. Никто не понимал, что является причиной этого странного явления.
Что делают учёные, когда встречаются со странным и необъяснимым феноменом? Правильно, они собирают больше информации. Нужно больше данных наблюдений. Может быть, удастся обнаружить некие закономерности и выдвинуть какие-то теории.
За минувшие годы ULX возле галактики NGC 4697 был замечен только дважды: однажды в 2003 году и однажды в 2007 году. Астроном Джимми Ирвин (Jimmy Irwin) из Университета Алабамы (США) с коллегами поставили задачу найти такие же объекты в других регионах Вселенной. Они начали методично изучать архивные данные, собранные космической рентгеновской обсерваторией «Чандра». Поиск сконцентрировали на 70 галактиках как наиболее подходящих кандидатах. Изучив тысячи данных наблюдений, учёным удалось найти кое-что похожее. Ещё два таких же ультраярких рентгеновских источника, напоминающих сигнал от NGC 4697.
Первый из них обнаружился в архивных данных наблюдений за февраль 2003 года около галактики NGC 4636, примерно в 46 млн световых лет от Земли.
Второй источник проявился пять раз с 2007 по 2014 годы около галактики NGC 5128, примерно в 14 млн световых лет от Земли.
На первый взгляд может показаться, что найденные источники довольно редко встречаются. На самом деле это не так. Дело в том, что «Чандра» нацеливается на конкретные галактики довольно редко, например, раз год или раз в несколько лет. Скажем, ту же галактику NGC 4697, в которой был замечен первый сигнал, к моменту публикации научной работы в 2005 году «Чандра» наблюдала всего пять раз. То же самое с количеством наблюдений двух новых галактик, около которых обнаружены ULX.
Вот как выглядит ULX возле галактики NGC 5128, по результатам визуализации данных, проведённой НАСА и авторами научной работы.
То же самое изображение в более наглядном анимированном виде.
При наблюдении NGC 4697 в обоих случаях яркость сигнала увеличилась примерно в 90 раз в течение примерно одной минуты. По данным координатам не наблюдается никакого оптического источника сигнала. Но если предположить, что источник находится на том же расстоянии, что и галактика, то пиковая светимость вспышек превышает 1039 эрг в секунду, то есть этот источник излучал поток энергии в 2 500 000 раз больше, чем Солнце (наше светило излучает 3,86·1033 эрг в ту же единицу времени).
Если такие же предположения о расстоянии до источников верны для двух новых ULX, то пиковую светимость первого из них учёные оценили в 9·1040 эрг в секунду, а второй вспыхнул пять раз с пиковой светимостью по 1040 эрг/с.
Наиболее близким феноменом по мощности рентгеновского излучения являются магнетары — нейтронные звёзды, обладающие исключительно сильным магнитным полем (до 1011 Тл), впервые обнаруженные в 1998 году. Но вспышки магнетаров в рентгеновском диапазоне затухают за несколько секунд или десятков секунд. Вспышки ULX длятся гораздо дольше. Они достигают пика почти за минуту, а затухают в течение часа.
Учёные предполагают, что ультраяркие рентгеновские источники могут быть как-то связаны с двойными системами. Это или чёрная дыра, или нейтронная звезда, гравитационно связанная со звездой-компаньоном. При обращении вокруг общего центра масс и взаимодействии объектов двойной системы друг с другом могут, вероятно, проявляться такие странные феномены, как вспышки рентгеновского излучения. Например, если чёрная дыра или нейтронная звезда аккрецирует вещество звезды-компаньона. Если не учитывать периоды вспышек, то в спокойные периоды эти двойные системы выглядят вполне нормально. То есть вспышки не отражаются фатально на их состоянии.
Необычность ULX заключается ещё и в том, что они располагаются в эллиптических галактиках, то есть в старых звёздных формациях, в отличие от магнетаров, аномальных рентгеновских пульсаров или источников мягких повторяющихся гамма-всплесков, которые производят повторяющиеся вспышки схожей яркости. Получается, что источники вспышек — это вряд ли новые звёзды. Если это старые звёзды — и они так ярко вспыхивают, здесь точно что-то необычное.
«Это поистине экстраординарные вспышки, — говорит Питер Максим (Peter Maksym), соавтор научной работы из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики (США). — На короткий период один из источников стал одним из самых ярких ULX, который когда-либо наблюдали в эллиптической галактике». Действительно, удивительно.
У астрономов ещё много времени для наблюдений. Ясно, что вспышки около NGC 4697 не были случайными. Такое происходит и около других галактик. Может быть, космическую обсерваторию «Чандра» можно чуть чаще направлять в старые галактики, если там происходит непонятная активность?
Научная статья опубликована 19 октября 2016 года в журнале Nature (doi: 10.1038/nature19822).
