Взрывы новых звезд происходят в двойных звездных системах, в которых белый карлик — плотный остаток мертвой звезды — постоянно перекачивает звездное вещество из ближайшей звезды-компаньона. Когда внешняя атмосфера спутника собирается на поверхности белого карлика, она достигает температуры, достаточной для того, чтобы спровоцировать извержение.
Почти все обнаруженные на сегодняшний день новые звезды извергались только один раз. Но некоторые из них извергались более одного раза и классифицируются как повторяющиеся новые. Период между извержениями этих новых может варьироваться от одного года до многих десятилетий.
В пределах нашей галактики Млечный Путь наблюдалось менее десятка периодически возникающих новых звезд, в то время как гораздо больше из них являются внегалактическими, то есть расположены за пределами Млечного Пути. Изучение внегалактических новых звезд помогает астрономам лучше понять, как различные условия влияют на извержения новых звезд.
Первой наблюдаемой периодической внегалактической новой была LMC 1968–12a (LMC68), расположенная в Большом Магеллановом облаке — галактике-спутнике Млечного Пути. Эта новая звезда имеет периодичность около четырех лет — третью по продолжительности среди всех новых - и состоит из белого карлика и красного субгиганта—компаньона (звезды, намного превышающей по размерам Солнце). Он был открыт в 1968 году, и его извержения наблюдались довольно регулярно с 1990 года.
Ее последнее извержение, произошедшее в августе 2024 года, было впервые зафиксировано обсерваторией Нила Герелса Swift, которая внимательно следит за новой звездой каждый месяц с момента ее извержения в 2020 году. Учитывая известные временные рамки его повторяемости, астрономы ожидали этого извержения, и LMC68 появился как раз вовремя.
Последующие наблюдения были проведены через девять дней после первоначальной вспышки с помощью телескопа Магеллана Бааде Института Карнеги и через 22 дня после первоначальной вспышки с помощью телескопа Джемини Саут, одной из частей Международной обсерватории Джемини.
Используя метод спектроскопии, команда ученых наблюдала излучение LMC68 в ближнем инфракрасном диапазоне, что позволило им изучить сверхгорячую фазу новой, во время которой многие элементы были сильно заряжены. Изучая эту фазу, астрономы могут узнать о самых экстремальных процессах, происходящих при извержении. Это исследование является первым в истории спектроскопическим наблюдением внегалактической периодической новой звезды в ближней инфракрасной области спектра.
После первого извержения излучение LMC68 быстро угасло, но прибор FLAMINGOS-2 компании Gemini South по-прежнему улавливал сильный сигнал от ионизированных атомов кремния, в частности, атомов кремния, лишенных девяти из своих 14 электронов, что требует невероятного количества энергии в виде излучения или сильных столкновений.
В более раннем спектре, полученном с "Магеллана", ближний инфракрасный свет, излучаемый только ионизированным кремнием, был в 95 раз ярче, чем свет, излучаемый солнцем на всех его длинах волн (рентгеновском, ультрафиолетовом, видимом, инфракрасном и радио диапазонах). Когда Близнецы наблюдали эту линию несколько дней спустя, сигнал уже исчез, но излучение кремния по-прежнему доминировало в спектре.
"Ионизированный кремний, сияющий почти в 100 раз ярче солнца, является беспрецедентным явлением", - говорит Том Гебалле, почетный астроном NOIRLab и соавтор статьи, опубликованной в Monthly Notices Королевского астрономического общества. "И хотя этот сигнал шокирует, он также шокирует и тем, чего там нет".
Новые звезды, обнаруженные в Млечном Пути, обычно излучают многочисленные сигнатуры в ближнем инфракрасном диапазоне, характерные для высоковозбужденных элементов, но спектры LMC68 содержали только ионизированный кремний. "Мы также ожидали увидеть признаки высокого содержания серы, фосфора, кальция и алюминия", - говорит Гебалле.
"Это удивительное отсутствие в сочетании с присутствием кремниевой сигнатуры и ее сильной выраженностью подразумевало необычно высокую температуру газа, что подтвердило наше моделирование", - добавляет соавтор Самнер Старрфилд, профессор астрофизики в Университете штата Аризона.
По оценкам команды, на ранней стадии после взрыва температура выброшенного газа достигла 3 миллионов градусов по Цельсию (5,4 миллиона градусов по Фаренгейту), что делает ее одной из самых горячих новых, когда-либо зарегистрированных. Такая экстремальная температура предполагает очень сильное извержение, которое, по мнению команды, связано с условиями окружающей среды новой звезды.
Большое Магелланово облако и его звезды обладают меньшей металличностью, чем Млечный Путь, что означает, что в нем содержится меньшее количество элементов тяжелее водорода и гелия, которые астрономы называют металлами. В системах с высокой металличностью тяжелые элементы удерживают тепло на поверхности белого карлика, так что извержения происходят на ранней стадии процесса аккреции.
Но без этих тяжелых элементов на поверхности белого карлика накапливается больше вещества, прежде чем оно становится достаточно горячим для воспламенения, что приводит к гораздо более сильному взрыву. Кроме того, выброшенный газ сталкивается с атмосферой красного субгиганта-компаньона, вызывая мощный толчок, который повышает температуру в месте столкновения.
Перед сбором своих данных Старрфилд предсказал, что аккреция материала с низкой металличностью на белый карлик приведет к более сильному взрыву новой звезды. Представленные здесь наблюдения и анализ в целом согласуются с этим предсказанием.
"Поскольку в нашей галактике было обнаружено лишь небольшое количество периодически возникающих новых звезд, понимание этих объектов развивалось эпизодически", - говорит Мартин Стилл, программный директор NSF в Международной обсерватории Джемини. "Расширяя наш диапазон наблюдения за другими галактиками с помощью крупнейших доступных астрономических телескопов, таких как Gemini South, астрономы увеличат скорость прогресса и критически оценят поведение этих объектов в различных химических средах".
