Ученые зафиксировали уникальный космический взрыв сверхновой. Что это значит для науки

О какой сверхновой речь?

Сверхновая под названием LSQ14fmg находится в 100 млн световых лет от нашей планеты и была обнаружена учеными из Университета штата Флорида (США). Ее отнесли к так называемому типу Ia.

Что это за тип?

Сверхновые типа Ia — это яркий пример того, что потухшая звезда — белый карлик, не так безопасна, как мы привыкли думать.

Сверхновые типа Ia представляют собой звезды, вернее, вспышки света, которые являются результатом взрыва давно потухшего космического светила — белого карлика. В предыдущем предложении мы несколько упростили определение белого карлика. Если говорить строго по-научному, этот объект представляет собой выгоревшую звезду, у которой прекратились термоядерные реакции. Большинство звезд во Вселенной именно таким образом заканчивают свой жизненный цикл. Получается, белый карлик — это венец эволюции звезды, массой примерно как у нашего Солнца.

Так считалось до недавнего времени, пока учеными не были обнаружены сверхновые типа Ia. Сверхновые типа Ia или вспышка сверхновой — условное название физико-химической реакции внутри белого карлика, которое приводит к достаточно мощному его взрыву. Во время этого взрыва выделяется достаточно большое количество энергии. Кроме того, светимость звезды одновременно увеличивается в несколько тысяч раз.

Если обычная сверхновая возникает вследствие взрыва одинокого белого карлика, из-за процессов, происходящих у него внутри, то последние научные теории говорят о том, что сверхновые типа Ia являются результатом слияния двух белых карликов. Два белых карлика, находящиеся рядом, — достаточно редкое явление в космосе. Тем не менее, во Вселенной такие объекты встречаются. Чаще всего это остатки двойных звездных систем, гравитационно соединенные друг с другом.

Белый карлик является «остатком» звезды, которая завершила свой нормальный жизненный цикл, термоядерные реакции прекратились, а внешняя оболочка в процессе эволюции была сброшена. То есть по сути белый карлик является ядром бывшей звезды, которое в дальнейшем может лишь остывать.

Однако белый карлик — объект с чрезвычайно большой плотностью и гравитацией, и он может аккрецировать вещество. В первую очередь это происходит в двойных системах, где второй и изначально более легкий, а значит, и менее проэволюционировавший компонент подошел к стадии красного гиганта.

Важно учитывать, что двойные системы белых карликов в космосе — это достаточно редкое явление. Как правило, на тысячу найденных двойных систем звезд их встречается всего несколько штук. Процесс сливания двух белых карликов до момента вспышки сверхновой типа Ia — достаточно долгий процесс, который в среднем занимает 60 млн лет.

Какие бывают от таких сверхновых вспышки и взрывы?

Двойная система, состоящая из белого карлика и обычной звезды, служит причиной вспышки сверхновой типа Ia. Звезды, связанные силами гравитационного притяжения, постепенно притягиваются друг к другу. Как только вещество со звезды начинает перетекать на белый карлик, его масса начинает постепенно увеличиваться. Как только она переступает порог Чандрасекара, равный 1,38 солнечных масс, температура ядра белого карлика начинает стремительно расти, пока не достигнет температуры горения углерода.

Вызванные перетеканием вещества двух звезд термоядерные реакции на белом карлики являются причиной его дальнейшего взрыва, который астрономы называют вспышкой сверхновой типа Ia. Во время этого взрыва выделяется огромное количество энергии и света. Если сравнивать светимость сверхновой типа Ia со светимостью главной звезды Солнечной системы, то можно сделать вывод, что сверхновая излучает количество света примерно в 10 тысяч раз больше, чем наше Солнце.

Все сверхновые типа Ia обладают одинаковым механизмом возникновения вспышки. Кроме того, из-за однородности массы белых карликов сверхновые типа Ia обладают одинаковой максимальной светимостью. То есть если взять блеск двух сверхновых типа Ia, находящихся на равноудаленном расстоянии от наблюдателя, их светимость будет одинаковой.

Жизнь сверхновой типа Ia — это всего лишь мгновение, вспышка, взрыв. Однако по той причине, что большинство подобных объектов удалено от Солнечной системы на значительное расстояние, мы можем наблюдать интенсивный поток света, исходящий от такой звезды на протяжении долгого времени. Вспышку сверхновой типа Ia мы всегда наблюдаем постфактум — звезды, которая выпустила этот свет, в действительности уже давно не существует.

Так что ее наблюдение — это своеобразный взгляд в прошлое. К примеру, сейчас земляне могут наблюдать Крабовидную туманность — остатки вспышки сверхновой звезды, которую увидели арабские и китайские астрономы 4 июля 1054 года. Вспышка была видна на протяжении 23 дней невооруженным глазом даже в дневное время. В 1968 году в центре туманности обнаружили пульсар PSR B0531+21, излучающий в рентгеновском и радиодиапазоне, являющийся нейтронной звездой, оставшейся после взрыва сверхновой, его диаметр около 25 км.

Как ученые увидели взрыв?

Звезду открыли при помощи телескопов, находящихся в Южной Америке и Европе. Ученым удалось установить, что сверхновая заставила окружающий ее космический материал испускать сильное излучение: это указывает на радиоактивный распад никеля и образование окиси углерода.

Это было поистине уникальное и странное событие, и наше объяснение его столь же интересно.

Автор статьи

Что произошло?

Исследователи проанализировали данные, полученные с помощью телескопов в Чили и Испании. Оказалось, что сверхновая типа Ia (взрыв белого карлика) заставила окружающий ее космический материал испускать сильное излучение, указывающее на радиоактивный распад никеля и образование окиси углерода. Это позволило специалистам предположить, что они наблюдали взрыв звезды, которая относится к асимптотической ветви гигантов (Asymptotic giant branch, AGB), превращающихся в планетарную туманность.

Звезды этого типа проходят своего рода жизненный цикл. Они настолько мощны, что в результате взрыва формируют эволюцию галактик, и настолько ярки, что мы можем наблюдать их с Земли. 

Взрыв был вызван слиянием ядра гиганта AGB и белого карлика, вращающегося вокруг него. Центральная звезда теряла значительное количество массы из-за звездного ветра, прежде чем потеря массы внезапно прекратилась, и образовалось кольцо из звездного вещества, часто наблюдаемое в планетарных туманностях. Ударная волна от сверхновой столкнулась с кольцом, что привело к медленному повышению яркости.

Ученые предполагают, что увидели взрыв звезды так называемой асимптотической ветви гигантов (AGB, период звездной эволюции, через который проходят все звезды средней и малой массы в конце своего жизненного пути), превращающихся в планетарную туманность.

Что это означает для научного сообщества?

Ученые впервые получили убедительное доказательство того, что сверхновая типа Ia может взорваться в системе звезд-гигантов, находящихся на пути превращения в планетарные туманности. А это важный шаг для понимания происхождения сверхновых такого типа — до этого ученые мало знали о них, за исключением того, что они являются результатом взрыва белых карликов.

Исследование этих объектов также поможет улучшить понимание природы темной материи, ведь сверхновые Ia — важный инструмент для ее изучения.

Читать также

Российская вакцина против COVID-19 поступила в гражданский оборот, но к ней много претензий

На 3 день болезни большинство больных COVID-19 теряют обоняние и часто страдают насморком

Ученые выяснили, почему дети являются самыми опасными переносчиками COVID-19