Рождение M33 X-7

Американским астрофизикам удалось предложить разумную модель, объясняющую все особенности рентгеновской двойной системы M33 X-7, находящейся за пределами нашей галактики. 20 октября была опубликована соответствующая статья в журнале Nature (http://dx.doi.org/10.1038/nature09463).

M33 X-7 содержит в своем составе черную дыру звездных размеров, а ее видимый, но довольно тусклый компонент представляет собой самую массивную звезду из всех когда-либо обнаруживаемых в такой системе. Находится M33 X-7 в 3 млн световых лет от нас, в галактике M33 (Messier 33, по каталогу Шарля Мессье). M33 — это третья по величине галактика в Местной группе после туманности Андромеды (M31) и собственно нашего Млечного Пути. Она расположена немного дальше Андромеды, видима в созвездии Треугольник и входит в число тех немногих внегалактических объектов, что доступны для наблюдения невооруженным взглядом. Сам рентгеновский источник M33 X-7 был открыт в 2007 г. космической обсерваторией «Чандра» (Chandra).

Исследователи разработали модель рождения и эволюции этой системы, объясняющую все ее наблюдаемые характеристики: компактность, большие массы видимого компонента и черной дыры, спектр излучения в рентгеновском диапазоне и тот факт, что светимость звезды-компаньона гораздо меньше той, что ожидалась исходя из оценок ее массы.

По мнению американских ученых, появлению рентгеновского источника M33 X-7 предшествовала четырехмиллионнолетняя эволюция двух «обычных» звезд в двойной системе, вращающихся одна возле другой возле общего центра масс. Речь идет об очень тесной двойной системе (период обращения — меньше четырех суток). Масса одной из звезд составляла почти 100 масс нашего Солнца, а другой — 30 солнечных масс.

Более крупная звезда по мере выгорания водорода увеличилась в размерах, сокращая и без того небольшую дистанцию между соседками и теряя вещество в виде звездного ветра (такие звезды относят к типу Вольфа-Райе). Известно, что менее массивные звезды оказываются гораздо более «долгоиграющими», тогда как более крупные и более массивные сравнительно быстро коллапсируют в нейтронную звезду или черную дыру (после почти полного выгорания своего ядерного топлива и сброса внешних слоев). В данном случае именно это и произошло; правда, вещество погибающей соседки «спасла» «меньшая сестрица». В результате расстояние между двумя компонентами системы, содержащей черную дыру, уменьшается еще значительней. Изначально более массивный партнер закончил свою жизнь как гелиевая звезда с железо-никелевым ядром массой порядка 16 солнц, сжавшийся в конце концов в черную дыру (сопровождался ли этот момент вспышкой сверхновой, пока не ясно).

Выжившая звезда, которая в наблюдаемый период содержит уже 70 солнечных масс (это голубой гигант), с точки зрения земного наблюдателя, обладает пониженной светимостью для звезд подобной массы — частично из-за того, что содержит вещество, приобретенное после взрыва своего компаньона, а частично из-за наклона оси вращения системы по отношению к нам.

К своей звезде-соседке черная дыра находится столь близко, что внешние звездные слои оказываются в зоне действия гравитации черной дыры (заходят в полость Роша, относящуюся к черной дыре) и выпадают на нее, или, как говорят астрономы, аккрецируют. Это также не способствует нормальному свечению «обкрадываемого» светила. А деформация, которую при этом испытывает звездный шар, приводит к тому, что температура и светимость звезды серьезно различаются в разных участках ее фотосферы. Этот эффект в сочетании с наклоном системы по отношению к земным наблюдателям и приводит к тому, что мы наблюдаем в основном тусклые экваториальные регионы звезды.

Между тем черная дыра в M33 X-7, обладающая довольно большой массой по сравнению с другими черными дырами звездного типа, продолжает расти, вбирая в себя вещество компаньона. Именно эта материя, устремляющаяся с большой скоростью к черной дыре (и по мере своего движения формирующая вокруг нее аккреционный диск), разогреваясь в процессе взаимного трения газа, светит в рентгеновском диапазоне.

Ведущий автор статьи Франческа Вальсекки (Francesca Valsecchi) из Северо-Западного университета США (Northwestern University, www.northwestern.edu) и ее коллеги провели детальные расчеты эволюции системы для выявления всех возможных эволюционных треков, использовав всю доступную информацию по физике взаимодействий в двойных звездных системах и процессам формирования черных дыр, затем они провели сотни тысяч моделирований на высокопроизводительных компьютерных кластерах, которые заняли у них пару месяцев. В результате удалось выделять ряд самых правдоподобных цепочек и в конце концов выбрать среди них окончательную модель, соответствующую всем наблюдаемым характеристикам M33 X-7.

Максим Борисов