ApJ: поляриметрия EX Гидры выявила у белого карлика горячий столб выше 3000 км Наблюдения рентгеновского телескопа раскрыли неожиданные особенности самой энергичной области умирающей звезды.
Любопытная звездная пара кружится в смертельном танце примерно в 200 световых годах от Земли. Красный карлик вращается вокруг белого, а тот высасывает из соседа материю. Система EX Гидры, которая классифицируется как промежуточный поляр — тип катаклизмической переменной, испускает сильные рентгеновские лучи.
Они и помогли астрономам из Массачусетского технологического института (MIT) заглянуть в самое сердце этой системы. Анализ наблюдений за ней с помощью космической обсерватории Imaging X-ray Polarimetry Explorer (IXPE) опубликован в The Astrophysical Journal.
Авторы обнаружили в излучении EX Гидры неожиданно высокую степень рентгеновской поляризации, а также неожиданное ее направление. На основе этих измерений ученые проследили происхождение рентгеновских лучей до их источника в самой внутренней части системы — у поверхности белого карлика.
Более того, они установили, что рентген испускается столбом раскаленного вещества, который белый карлик перетягивает со звезды-компаньона. По их оценкам, высота этого столба составляет около 3200 километров — примерно половина радиуса самого белого карлика, что значительно больше, чем предсказывала теория. Выяснилось также, что рентгеновские лучи отражаются от поверхности белого карлика перед тем, как уйти в космическое пространство — эффект, который предполагался теоретически, но до сих пор не был подтвержден наблюдениями.
«Мы показали, что с помощью рентгеновской поляриметрии можно детально измерить геометрию аккреции на белый карлик, — доволен Шон Гандерсон из Института астрофизики и космических исследований Кавли MIT, ведущий автор исследования. — Это открывает возможность проведения аналогичных измерений для других типов аккрецирующих белых карликов, для которых поляризационный сигнал также ранее не предсказывался».
Высокоэнергетический фонтан
Все излучение, включая рентгеновские лучи, подвержено влиянию электрических и магнитных полей. Свет распространяется в виде волн, колебания которых происходят в направлениях, перпендикулярных направлению его движения. Внешние поля могут хаотично менять ориентацию этих колебаний. Однако когда свет сталкивается с поверхностью и отражается, он может стать поляризованным — то есть его колебания выстраиваются преимущественно в одном направлении. Таким образом, поляризованный свет позволяет ученым проследить путь к его источнику и понять детали его геометрии.
Космическая обсерватория IXPE стала первой миссией НАСА, запущенной специально для измерения поляризации рентгена от экстремальных астрофизических объектов. До сих пор его основными целями были сверхновые, черные дыры и нейтронные звезды. Новое исследование MIT — первое, в котором IXPE используется для измерения поляризованного рентгеновского излучения от промежуточного поляра.
«Мы начали обсуждать, какая степень поляризации позволила бы нам понять, что происходит в этих системах, которые большинство телескопов видят всего лишь точкой в поле зрения», — говорит астрофизик Херман Маршалл, соавтор исследования.
Если у белого карлика в катаклизмической переменной сильное магнитное поле, вещество звезды-компаньона падает прямо на полюса, если слабое — закручивается в аккреционный диск. В промежуточных полярах картина, как ее предсказывают физики, сложнее: аккреционный диск формируется, но вещество из него также направляется к полюсам карлика. Магнитное поле должно поднимать падающее вещество высоко вверх, подобно высокоэнергетическому фонтану, прежде чем звездный материал на скорости в миллионы километров в час обрушится на магнитные полюса, образуя так называемую аккреционную колонну.
Предполагается, что это падающее вещество сталкивается с ранее поднятым материалом, который еще продолжает движение к полюсам, создавая своеобразную «пробку» из газа. Это нагромождение образует столб сталкивающегося газа с температурой в десятки миллионов градусов, который и должен испускать высокоэнергетические рентгеновские лучи.
Снимок внутренних областей
Для проверки этой непростой, но стройной теории IXPE наблюдал EX Гидры в общей сложности около 600 000 секунд (примерно семь дней) в январе 2025 года.
«Для каждого приходящего от источника рентгеновского фотона можно измерить направление поляризации, — объясняет Маршалл. — Мы собираем множество таких измерений с разными углами и направлениями, усредняем их и получаем преимущественную степень и направление поляризации».
Измерения показали степень поляризации в 8%, что значительно выше предсказаний некоторых теоретических моделей. Это стало подтверждением, что рентгеновские лучи действительно исходят из столба системы, и что высота этого столба составляет около 3200 километров.
«Если бы можно было стоять где-то недалеко от полюса белого карлика, мы увидели бы газовый столб высотой в 2000 миль, уходящий в небо и расширяющийся веером», — описывает Гандерсон.
Ученые измерили также направление поляризации рентгена и установили, что оно перпендикулярно столбу падающего газа. Из этого они сделали вывод, что испущенные столбом лучи отражаются от поверхности белого карлика, прежде чем уйти в космос и в конечном счете попасть в поле зрения IXPE.
«Ценность рентгеновской поляриметрии в том, что она дает нам картину самой внутренней, наиболее энергичной части всей этой системы. Когда мы смотрим в другие телескопы, все эти детали остаются невидимыми», — говорит астрофизик Свати Равви, соавтор статьи.
Метод рентгеновской поляриметрии планируется применить для изучения других систем с аккрецирующими белыми карликами, чтобы предсказать гораздо более масштабные космические явления.
«Наступает момент, когда белый карлик забирает так много вещества своей соседки, что уже не может его удержать, вся система коллапсирует и взрывается, образуя тип сверхновой, который мы используем для измерения расстояний», — поясняет Маршалл.
Таким образом, изучение этих систем полезно не только для понимания их устройства, но и в целом интересно с точки зрения экологии Вселенной.