Не всем звёздам везёт обзавестись собственным выводком планет. Во Вселенной могут сложиться условия, при которых протопланетные диски рассеиваются быстрее, чем появляется возможность сформироваться планетам. Это хорошо иллюстрирует звёздная ассоциация Лебедь OB2 (Cygnus OB2), за которой наблюдала группа астрономов. В зависимости от окружения протопланетные диски сохранились у 1–40 % молодых звёзд, хотя все они одного возраста.

Область Лебедь OB2, где фиолетовым показано свечение в рентгене, а остальное в инфракрасном свете. Источник изображения: NASA

Звёздная ассоциация Лебедь OB2 находится примерно в 4600 световых годах от Земли. Это не звёздное скопление, поскольку большинство звёзд не связаны гравитацией и со временем разлетятся по галактике (в скоплениях звёзды удерживаются гравитацией вместе). Население ассоциации представлено в основном молодыми и горячими звёздами, вокруг каждой из которых должен иметься протопланетный диск. Звёзды сами образовались из такого диска, и что-то, а зачастую очень много, всегда остаётся лишним.

В то же время насыщенность пространства в области Лебедь OB2 молодыми звёздами создаёт некомфортные условия для планетообразующих дисков. Интенсивное излучение в ультрафиолете и рентгеновском диапазоне заставляет вещество дисков испаряться и уноситься прочь. Это явление называется фотоиспарением: газ в протопланетном диске нагревается и ионизируется, а внутреннее давление излучения от звезды выталкивает его из диска.

В обычных условиях звёзды типа нашего Солнца могут развеять протопланетный диск за 5–10 млн лет. Горячие и яркие звёзды классов O и B делают это за более короткий промежуток времени, не оставляя, как показывает новое исследование, шансов для образования планет.

Учёные создали составное изображение области Лебедь OB2 из снимков космической рентгеновской обсерватории «Чандра» (Chandra) и инфракрасной «Спитцер» (Spitzer). «Чандра» показывает области с интенсивным рентгеновским излучением, а «Спитцер» выявляет пыль (диски) и звёзды.

Анализ изображения показал, что менее массивные звёзды в ассоциации, находящиеся в менее плотном окружении соседей, имеют протопланетные диски, которые были обнаружены у 40 % звёзд. Они не такие горячие, чтобы развеять пыль и газ вокруг себя. В более плотных звёздных группах протопланетные диски имелись только у 18 % звёзд. В самом экстремальном и плотном окружении протопланетные диски сохранились только у 1 % звёзд. Когда звёзд много, они яркие, горячие и расположены достаточно близко друг к другу, это не способствует образованию планет и зарождению жизни. Ещё одна монета в копилку знаний о том, где искать жизнь во Вселенной. Звёзд в ней так много, что наблюдательный ресурс нужно расходовать только после очень вдумчивого выбора.

Небольшая доля известных чёрных дыр излучает сигналы в рентгеновском диапазоне, структура которых напоминает человеческое сердцебиение. Китайские учёные в новом исследовании, возможно, нашли объяснение этому странному явлению.

Поглощение вещества чёрной дырой в объекте Лебедь X-1. Источник изображения: icrar.org

Чёрные дыры хотя и не являются живыми объектами, у них может быть своё сердцебиение, если они поглощают большие объёмы газа. И авторы нового исследования попытались разобраться в этом процессе. Когда чёрная дыра находится в двойной системе, то есть делит орбиту со звездой, она вытягивает из своего компаньона газ. Когда это происходит, газ сжимается и нагревается до чрезвычайно высоких температур, испуская при этом интенсивное рентгеновское излучение. Этот процесс, например, помог идентифицировать чёрные дыры в Лебеде X-1 — одном из самых ярких источников рентгеновского излучения на небе.

При этом интенсивном поглощении вещества, которое может продолжаться тысячи и даже миллионы лет, иногда может происходить колоссальный выброс — внезапная рентгеновская вспышка, вызванная быстрым потреблением огромного количества вещества за один раз. В такой вспышке оказывается встроен регулярный импульс активности, который учёные сравнивают с сердцебиением, потому что его схема напоминает человеческую ЭКГ с медленным нарастанием, быстрым спадом и последующим возвращением к норме.

Астрономы Основной лаборатории астрофизики элементарных частиц Китайской академии наук в Пекине изучили последнюю такую вспышку и описали процесс, который может её подпитывать. Эту вспышку произвела чёрная дыра IGR J17091-3624 на расстоянии 28 000 световых лет от Земли — данные были получены при помощи телескопов Neutron Star Interior Composition Explorer (NICER) и Nuclear Spectroscopic Telescope Array (NuSTAR) в 2022 году. В яркой вспышке астрономы обнаружили явные доказательства присутствия сигнала, похожего на сердцебиение. Изучая его свойства, они пришли к выводу, что эти виды импульсов вызваны взаимодействиями и нестабильностью в веществе, которое окружает чёрную дыру.

Когда вещество падает в чёрную дыру, оно сжимается и формирует тонкий диск, который быстро вращается. Внутренний край этого диска наклонён к горизонту событий, а остальная его часть светится в рентгеновском диапазоне. Образуется нестабильность — излучение диска вступает в противодействие с гравитацией чёрной дыры. При возникновении сердцебиения диск фрагментируется, теряет связность, а к чёрной дыре устремляется большой сгусток вещества. Он производит интенсивное излучение, которое оказывается началом сердцебиения. Это излучение нагревает газ, что временно препятствует его падению. Далее газ успокаивается, и процесс повторяется, подготавливая почву для другого цикла сердцебиения. Такие сигналы чрезвычайно редки — их показали лишь две чёрные дыры, — но учёные надеются продолжить изучение этого явления, поскольку оно даёт ценную информацию о связи чёрных дыр и их окружения.

На 7-м семинаре консорциума Einstein Probe consortium в Пекине были представлены первые снимки неба в рентгеновском диапазоне, сделанные китайским рентгеновским телескопом «Зонд Эйнштейна» (Einstein Probe). Также на борту обсерватории установлен европейский прибор, который имеет особую ценность. Все снимки пока калибровочные. Научная работа обсерватории начнётся в середине июня. Но даже сейчас аппарат поражает своими возможностями.

Млечный Путь в рентгеновском свете (с наложением на оптическое). Источник изображения: Einstein Probe consortium

Обсерватория «Зонд Эйнштейна» была запущена в космос 9 января 2024 года с космодрома Сичан на юго-западе Китая с помощью ракеты «Чанчжэн 2C». Обсерватория расположилась на орбите Земли на высоте около 600 км. Научная работа рассчитана на три года наблюдений. За своё участие в проекте европейские учёные получат около 10 % рабочего времени обсерватории.

Основной поток данных будет генерировать широкоугольный китайский рентгеновский телескоп WXT (Wide-field X-ray telescope). Его поле зрения составляет 1345 квадратных градусов, что позволяет ему одним кадром захватывать площадь неба, равную 10 тыс. дискам полной Луны. Телескоп делает полный снимок неба каждые 5 часов, что позволит учёным обнаруживать массу переходных событий, которые раньше ускользали от них. Это джеты нейтронных звёзд, падение вещества на чёрные дыры, взрывы сверхновых и другие яркие в рентгеновском излучении события.

Европейский телескоп FXT (Follow-up X-ray Telescope) — это узконаправленный прибор с очень высокой чувствительностью в рентгеновском диапазоне. Если WXT найдёт что-то особенно интересное, FXT сможет рассмотреть это с превосходным разрешением. Также оба телескопа помогут в поиске объектов и событий, обнаруженных в других диапазонах, например, гравитационно-волновыми обсерваториями, гамма-телескопами и даже оптическими и инфракрасными телескопами.

Даже калибровочные снимки поразили учёных своей детализацией и возможностями. В процессе настройки бортовых систем и приборов обсерватория «Зонд Эйнштейна» обнаружила 19 февраля 2024 года первый переходный процесс и, позже, ещё 14 временных источников рентгеновского излучения, а также 127 вспышек звёзд. Можно только представить, какой поток ранее недоступной информации пойдёт с началом работы обсерватории через полтора месяца!

Остаток сверхновой Корма А в рентгеновском диапазоне

По масштабу это станет чем-то близким к началу работы «Уэбба», хотя, конечно, новые рентгеновские обсерватории запустили NASA и JAXA в добавок к уже летающим. Но такого масштабного проекта как «Зонд Эйнштейна» пока нет ни у кого. Используя опыт этой обсерватории, ЕКА планирует в будущем запустить собственную космическую рентгеновскую обсерваторию NewAthena. Однако пока этот проект не вышел из стадии обсуждения. В будущем NewAthena станет крупнейшей рентгеновской обсерваторией в истории.

Принцип работы рентгеновской оптики «глаз омара», из-за этого источники на снимках выглядят как «+»

Добавим, китайский телескоп Wide-field X-ray собирает рентгеновское излучении оптикой типа «глаз омара». Это трубчатые конструкции, которые за счёт отражения от внутренних стенок позволяют усиливать рентгеновский свет. Подробнее об этой оптике мы рассказывали раньше, например, здесь.

В ядре нашей галактики находится сверхмассивная чёрная дыра, которая ведёт себя относительно тихо. Но учёные Страсбургского университета (Франция) доложили об обнаружении следов вспышки в рентгеновском диапазоне, которую крупнейшая чёрная дыра Млечного Пути произвела двести лет назад.

Источник изображений: astro.unistra.fr

В центре Млечного Пути, как и большинства других галактик, находится сверхмассивная чёрная дыра. Она называется Стрелец A*, её масса примерно в 4 млн раз превосходит солнечную, и она действительно ведёт себя относительно тихо по сравнению со своими сверстниками в других галактиках. Так было не всегда: есть подтверждения, что 6 млн и 3,5 млн лет назад Стрелец A* производила колоссальные вспышки излучения, сопровождаемые выбросами материи и ударными волнами, которые до сих пор можно засечь при наблюдении в некоторых диапазонах.

Несколько космических рентгеновских телескопов, включая IXPE, Chandra и XMM-Newton помогли обнаружить в окрестностях Стрельца A* гигантские молекулярные облака с неожиданно ярким свечением в рентгеновском диапазоне. При помощи IXPE была произведена оценка поляризации излучения, которая помогла выявить источник феномена — угол поляризации указал на Стрелец A*, а её степень продемонстрировала, какое расстояние преодолели эти облака с тех пор, как чёрная дыра их выбросила. Это, в свою очередь, помогло учёным понять, когда произошла вспышка — немногим менее двухсот лет назад.

Учёным удалось оценить и яркость вспышки: как выяснилось, в течение некоторого времени сверхмассивная чёрная дыра в центре Млечного Пути сияла в рентгеновском диапазоне примерно в миллион раз ярче обычного. Так ярко светят ядра сейфертовских галактик — примерно как все звезды Млечного Пути вместе взятые. К сожалению, у астрономов XIX века не было возможностей зафиксировать это событие: рентгеновское излучение открыли лишь в конце века.

Знания об истории активности Стрельца A* помогут предсказывать будущее сверхмассивной чёрной дыры. В последние годы она испускает вспышки в рентгеновском и ближнем инфракрасном диапазонах — они могут быть предвестником нового периода повышенной активности Стрельца A*, но могут оказаться и следами попадания в неё неких заблудших объектов.