То, что на звезду может падать вещество из окружающего её космоса, астрономы предполагали и ранее. На начальном этапе эволюции такое падение вещества, называемое аккрецией, приводит к рождению звезды. Общепризнанно также, что падающее вещество закручивается вокруг звезды, образуя так называемый аккреционный диск. В результате в этом диске вещество должно падать на звезду по спирали. Спиральное движение было предсказано теоретически, но «вживую» его наблюдать до сих пор не удавалось.
В данном случае астрономам помогло другое открытие: они обнаружили около звезды вспышки излучения трёх новых видов молекулярных мазеров — на квантовых переходах тяжёлой воды, изоциановой кислоты и изотопа метанола. Они продолжались около одного месяца и, скорее всего, происходили из-за падения на звезду массивных сгустков вещества, которые увеличивали яркость излучения мазеров как минимум на два порядка.
Мазер — усилитель радиоволн, усиление происходит за счёт процессов вынужденного излучения в среде (в целом мазеры аналогичны более известным лазерам — усилителям оптического излучения). Яркое космическое мазерное излучение может возникать в молекулярных облаках и атмосферах звёзд. Проходящее через них излучение звезды вызывает «срабатывание» определённых квантовых энергетических переходов молекул, что увеличивает поток света подчас в триллионы раз. Мазерное космическое излучение в настоящее время — предмет пристального изучения, поскольку может многое рассказать о процессах в областях звёздообразования.
Сначала в ходе наблюдений мазеров исследователям впервые удалось измерить скорость распространения реакции вещества на вспышку около звезды G358-MM1. Она составила 4—8% скорости света. Вещество вблизи подобной звезды с такой скоростью передвигаться не может, следовательно, это распространялось излучение. То, что его скорость примерно в 20 раз меньше скорости света, означает наличие вокруг звезды большого количества плотного вещества, которое задерживает фотоны благодаря многократному рассеянию. Фотон, излучённый звездой, не может просто пройти сквозь слой вещества, он поглощается его молекулами, затем излучается, летит в другом направлении, снова поглощается и излучается, и так много раз. Из-за этого свет движется через вещество гораздо медленнее, чем в вакууме.
Самое важное, что при наблюдениях мазеров методом радиоинтерферометрии со сверхдлинными базами астрономы затем смогли определить не только положение сгустков вещества, вызывающих свечение, но и скорости их движения. Сравнив полученные данные с предварительно рассчитанной теоретической траекторией движения вещества, исследователи показали, что измеренные скорости соответствуют спиральному падению вещества на центральную звезду.
В данном случае астрономы получили не только явное подтверждение падения вещества на звезду, но и опробовали новый инструмент изучения окрестностей звёзд, позволяющий видеть детали чрезвычайно малого размера на больших расстояниях.
Исследование проведено в рамках масштабного проекта по изучению мазерного излучения, который координирует Maser Monitoring Organisation. В проекте участвуют астрономы из России, Китая, Японии, США, Германии и других стран Европы, Азии и Африки. Проект использует крупнейшие в мире астрономические инструменты радио- и инфракрасного диапазонов. В теоретическом осмыслении результатов основную роль играют учёные России и Германии.
Результаты исследования опубликованы в журнале «Nature Astronomy» (doi.org/10.1038/s41550-020-1144-x).
По информации Уральского федерального университета.
