Искусственный интеллект помог найти новую симбиотическую рентгеновскую систему

Большая часть звёзд в нашей Галактике входит в состав двойных или множественных систем. В этом смысле наше Солнце — представитель меньшинства «одиноких» звёзд. Дальнейшая судьба двойной системы определяется практически с момента её рождения. В зависимости от масс входящих в неё звёзд и размера орбиты можно рассчитать наиболее вероятные варианты её эволюции в будущем. Для двойных систем, в которых одна из звёзд имеет массу больше восьми солнечных, одним из промежуточных этапов эволюции может стать этап рентгеновской двойной.

Когда более массивная звезда уже успевает израсходовать своё ядерное топливо, она вспыхивает как сверхновая и превращается в компактный объект. Если её начальная масса была очень большой, то она станет чёрной дырой, если поменьше — то нейтронной звездой.

Вторая звезда, родившаяся с меньшей массой, эволюционирует медленнее, поэтому в ней ещё продолжается термоядерное горение. Вещество этой звезды может начать перетекать на компактный объект — в таком случае её называют донором, а сам процесс перетекания вещества — аккрецией. При аккреции выделяется большое количество энергии, поэтому такие системы оказывается удобно обнаруживать в рентгеновском диапазоне.

«Перепись» населения рентгеновского неба позволяет проверять детали совместной эволюции звёзд в тесных двойных системах.

Из множества рентгеновских двойных команду телескопа ART-XC им. М. Н. Павлинского сейчас заинтересовали так называемые симбиотические рентгеновские двойные (symbiotic X-ray binaries, SyXB). В таких системах плотный ветер красного гиганта аккрецирует на нейтронную звезду.

Детальные расчёты, проведённые группой учёных из Института астрономии РАН и Государственного астрономического института им. П. К. Штернберга МГУ им. М. В. Ломоносова в 2019 г., предсказывают, что в нашей Галактике должно быть около двух сотен таких систем. Однако известно их значительно меньше. Причин тому несколько: во-первых, такие объекты имеют относительно небольшую светимость. Во-вторых, они располагаются в Галактическом диске, где их сложнее идентифицировать из-за высокой плотности звёзд и сильного поглощения на межзвёздном веществе.

Именно эти особенности делают SyXB особенно интересными для телескопа ART-XC им. М. Н. Павлинского обсерватории «Спектр-РГ». В последние годы значительная часть наблюдательного времени телескопа уходит на глубокий обзор плоскости Галактики. В этом обзоре должны будут найтись все яркие SyXB в Млечном Пути — останется только отобрать их среди тысяч источников других классов.

И здесь на помощь могут прийти технологии искусственного интеллекта.

В июле 2026 г. вышла статья Александра Мещерякова с коллегами из ИКИ и Южно-Африканской астрономической обсерватории (South African Astronomical Observatory). Она посвящена именно этой задаче, но в гораздо большем масштабе.

Авторы использовали технологии искусственного интеллекта на основе ансамблевых алгоритмов машинного обучения. С их помощью учёные искали рентгеновские двойные со звёздами-гигантами среди сотен тысяч источников из каталога рентгеновской обсерватории XMM-Newton (ESA). Следует отметить, что использовались только рентгеновские данные, без привлечения оптических или инфракрасных, что позволило избежать части упомянутых выше сложностей.

Алгоритм обучили на выборках известных рентгеновских двойных систем и случайно выбранных рентгеновских источников. После обучения модель отобрала несколько десятков новых кандидатов в рентгеновские двойные с гигантскими звёздами.

Некоторые из этих кандидатов уже были классифицированы как массивные рентгеновские двойные. Их природу установили совсем недавно, и они ещё не успели попасть в широко используемые базы данных. То, что модель смогла отобрать эти объекты и правильно их классифицировать, стало однозначным подтверждением того, что она обучилась и работает корректно.

После исключения уже известных объектов осталось 23 кандидата для дополнительного исследования. В первую очередь учёные проверяли, есть ли у этих источников периодические рентгеновские пульсации. Они надёжно указывают на то, что аккрецирующий объект в системе — нейтронная звезда или белый карлик с достаточно сильным магнитным полем.

У одного из источников с обозначением J1633 в данных телескопа XMM-Newton обнаружились пульсации с периодом 1552 секунды — чуть меньше 30 минут. Дополнительное наблюдение, проведённое телескопом ART-XC, также подтвердило наличие пульсаций и позволило точнее измерить форму рентгеновского спектра. 

Осталось ответить на вопрос, кто же донор: молодая массивная голубая звезда или старая красная?

Углового разрешения XMM-Newton оказалось более чем достаточно, чтобы правильно отождествить рентгеновский источник с оптической звездой. По её «цветам», то есть соотношениям яркости в разных фильтрах, сразу стало понятно, что это не горячая молодая звезда. Кроме того, оказалось, что система должна находиться достаточно далеко. Астрометрическая миссия Gaia (ESA) не смогла определить параллакс этого объекта. Значит, он находится на значительном расстоянии от Земли — более нескольких тысяч световых лет. А если система находится далеко, но при этом остаётся достаточно яркой, звезда-донор в ней не может быть карликом. 

Окончательную ясность внёс оптический спектр, полученный на 9-метровом Южно-Африканском Большом Телескопе группой Дэвида Бакли. Спектр оказался характерным для звёзд спектрального класса K с температурой около 4200 К.

Таким образом, все наблюдения подтвердили, что донором в системе является красный гигант. Значит, J1633 — новая симбиотическая рентгеновская система в нашей Галактике, расположенная в направлении спирального рукава Наугольника.

Обзор Галактической плоскости продолжается. Становятся доступными новые многоволновые данные, которые могут быть полезны для отбора подобных систем. Развиваются и новые эффективные технологии искусственного интеллекта для работы с большими объёмами данных. Так что кто знает — возможно, через несколько лет количество SyXB в Млечном Пути станет значительно ближе к теоретическим предсказаниям.