Mikhail Pavlinsky ART-XC X-ray Telescope Helps to Reveal the Origin of High-Energy Radiation

Объект под названием Вестерлунд 2 (Westerlund 2) — это скопление молодых и горячих звезд с мощными звездными ветрами или, другими словами, «компактный звездный кластер». Он известен многим благодаря красивым изображениям (в псевдоцветах), полученным космическим телескопом им. Хаббла и James Webb Space Telescope (NASA). Но астрофизиков он интересует совсем не из-за красоты.

Молодые и массивные звезды — источники мощных звездных ветров, потока вещества, истекающего с их поверхности со скоростями в тысячи километров в секунду. Мощности ветров молодых массивных звезд в сотни миллионов раз выше мощности солнечного ветра. Поскольку «соседство» ветров в кластере очень тесное, то они начинают сталкиваться, и в результате этих взаимодействий ускоряются заряженные частицы и рождаются фотоны очень высоких энергий. Физика этих систем весьма сложная, и наблюдения за такими кластерами вместе с моделированием дают шанс многое прояснить.

Кстати говоря, подобных компактных массивных кластеров в нашей Галактике известно не так много — около 15. Существуют галактики, где их гораздо больше (связано это, скорее всего, с тем, что такие галактики переживают столкновения с другими).

Объект Вестерлунд 2 находится в нашей Галактике на расстоянии примерно 20 000 световых лет от Земли. Он виден во всех диапазонах электромагнитного спектра, в том числе в самых высокоэнергичных — рентгеновских и гамма-лучах. А это значит, что в кластере действует механизм, который «разгоняет» протоны, электроны и позитроны до очень высоких энергий.

Для объяснения этого излучения были предложены теоретические модели, которые можно разделить на две группы. Первые предполагают, что ускорение частиц, излучающих гамма-кванты, происходит внутри кластера при взаимодействии потоков звездного ветра от разных звезд. Вторые — что ускорение происходит в области торможения общего ветра скопления, который, вероятно, формируется в ходе взаимодействия ветров отдельных звезд. В этих двух моделях работают несколько разные механизмы, и сделать выбор в пользу той или другой можно только на основании детальных наблюдений, в том числе в рентгеновском диапазоне.

Скопление звезд Вестерлунд 2 довольно долго наблюдали рентгеновской обсерваторией Chandra (NASA). Эти данные имеют очень важное научное значение. Однако Chandra регистрирует рентгеновские фотоны не самых высоких энергий — от примерно 0,2 до 8 килоэлектронвольт (кэВ) — и этого было недостаточно для подтверждения или опровержения имеющихся моделей.

Поэтому к решению этой задачи было решено привлечь российский телескоп ART-XC им. М. Н. Павлинского на борту обсерватории «Спектр-РГ», который способен регистрировать более энергичные фотоны — вплоть до 30 кэВ. Вторая важная особенность ART-XC — широкое поле зрения. Хотя его угловое разрешение не такое высокое, как у обсерватории Chandra, но при комбинации данных этих двух инструментов появляется возможность различить излучение, пришедшее от самих звезд в скоплении, от излучения, рожденного в бурной области столкновения энергичных звездных ветров, которое и интересует исследователей.

Результатом этого анализа стал совместный рентгеновский спектр горячей плазмы кластера Вестерлунд 2, протягивающийся от «мягкого» до «жесткого» рентгена. Такой спектр был получен впервые для этого объекта. Интересно, впрочем, что на энергиях больше 15 кэВ кластер оказался «не виден». Это накладывает серьезные ограничения на модели с доминированием комптоновского рассеяния как механизма рождения высокоэнергичного рентгеновского излучения.