Астрономы нашли убедительные доказательства того, что есть третий тип появления сверхновых, питаемые давно подозреваемым взрывным механизмом, который может объяснить яркую сверхновую, наблюдавшуюся людьми 1000 лет назад и породившую прекрасную Крабовидную туманность.
Доказательство - взрывающаяся звезда, наблюдаемая в 2018 году, первая, которая соответствует всем шести критериям гипотетического типа сверхновой, называемой сверхновой с электронным захватом.
Крупные звезды - красные сверхгиганты размером примерно в 10 наших Солнц - коллапсируют в центре, когда в их ядрах заканчивается топливо, в результате чего внешние слои взрываются и после них остается нейтронная звезда или черная дыра. Звезды, менее массивные -примерно восемь наших Солнц, и у которых есть звезда-компаньон, вероятно, сначала сжимаются до белого карлика, который затем притягивает на себя материю от соседней звезды, пока не испытывает термоядерный взрыв, который разносит его вдребезги.
Звезды между 8 и 10 солнечными массами теоретически должны взрываться по-другому. Их огромное внутреннее давление заставило бы электроны сливаться с атомными ядрами, вызывая внезапное падение давления электронов, которое ускоряет коллапс и последующий взрыв окружающих слоев. То, что останется позади, будет нейтронной звездой, немного более массивной, чем наше Солнце.
Сверхновая 2018 года, получившая название SN 2018zd, и ее звезда-прародительница, соответствуют профилю сверхновой с электронным захватом и типу массивной звезды, которая подверглась бы такому взрыву. Яркая сверхновая, наблюдавшаяся по всему миру в 1054 году н. э., которая была видна днем в течение 23 дней, имела характеристики, напоминающие SN 2018zd - в частности, очень длительное свечение, которое делало ее видимой ночью в течение почти двух лет, предполагая, что она тоже была сверхновой с захватом электронов.
«Это самый известный случай для этой интересной категории сверхновых, которая находится между диапазоном масс для взрывающегося белого карлика и железным ядром массивной звезды, которая коллапсирует, а затем отскакивает и взрывается, так называемой сверхновой с коллапсом ядра», - сказал Алекс Филиппенко, профессор астрономии Калифорнийского университета в Беркли. Это исследование значительно расширяет наше понимание последних стадий звездной эволюции».
Филиппенко и группа астрономов во главе с Дайчи Хирамацу, аспирантом Калифорнийского университета в Санта-Барбаре и обсерватории Лас-Камбрес (LCO), всемирной сети роботизированных оптических телескопов, сообщили об этих результатах сегодня в журнале Nature Astronomy. Они являются членами Глобального проекта сверхновых, всемирной команды ученых, которая использует десятки телескопов на Земле и в космосе для наблюдения сверхновых.
«Термин "Розеттский камень" слишком часто используется в качестве аналогии, когда мы находим новый астрофизический объект, но в данном случае, я думаю, он подходит. Эта сверхновая буквально помогает нам расшифровать тысячелетние записи из культур по всему миру», - сказал Эндрю Хауэлл, штатный ученый в LCO, профессор физики в университете Санта-Барбары. «В процессе он учит нас фундаментальной физике - как создаются некоторые нейтронные звезды, как живут и умирают экстремальные звезды, и как создаются и рассеиваются по Вселенной элементы, из которых мы сделаны».
Открытие астронома-любителя
Вскоре после того, как сверхновая была замечена астрономом-любителем Коити Итагаки в Японии, член команды Шайлер Ван Дайк, бывший аспирант Филиппенко и старший научный сотрудник Калифорнийского технологического института, смог получить изображение сверхновой с помощью Космического телескопа Хаббл. Он сравнил снимки с более ранними снимками космического телескопа Хаббл этой области неба и положительно идентифицировал звезду-прародительницу в галактике NGC 2146, примерно в 31 миллионе световых лет от Земли.
«Это здорово, когда у нас есть снимки Хаббла как до взрыва, так и после, потому что мы можем уверенно определить, какая звезда взорвалась из точного местоположения сверхновой», - сказал Ван Дайк.
«Это был один из ключевых компонентов, который никогда не был идентифицирован ранее для других кандидатов на захват электронов сверхновых - у нас никогда не было жизнеспособной идентифицированной звезды - прародителя, звезды, которая взрывается», - сказал Филиппенко.
Идентификация звезды-прародителя позволила команде сравнить характеристики звезды и сверхновой с характеристиками, предсказанными членом команды Кеничи Номото из Института физики и математики Вселенной Кавли при Токийском университете. Впервые он выдвинул гипотезу о сверхновой такого типа в 1980 году.
Согласно моделям Номото и других астрономов, такие звезды должны иметь большую массу - от 8 до 10 солнечных масс - но терять большую ее часть перед взрывом, и эта масса должна быть необычного химического состава, богатой гелием, углеродом и азотом, но с низким содержанием кислорода. Взрыв сверхновой с захватом электронов должен быть слабым, примерно в 10 раз менее энергичным, чем коллапс ядра сверхновой; иметь мало радиоактивных осадков, в первую очередь радиоактивного никеля; и иметь много богатых нейтронами элементов, таких как кислород, неон и магний, в ядре.
Вот что они обнаружили. Звезда-прародитель была массивной суперсимптотической гигантской звездой ветви (SAGB) - то есть старым, раздутым красным гигантом, самой большой звездой возможного диаметра. Наблюдения показали, что она потеряла значительную часть своей массы до взрыва, и газ, окружавший звезду до взрыва, соответствовал ожидаемому химическому составу. Взрыв был относительно слабым для сверхновой типа II, произвел мало радиоактивного никеля и показал сильные эмиссионные линии богатого нейтронами элемента, стабильного никеля.
Яркость и тусклость этой сверхновой с течением времени напоминали яркость нескольких других необычных сверхновых, которые были отнесены к типу II-Р, потому что их светоотдача сначала постоянна, а затем падает до очень низкого уровня примерно через 100 дней после взрыва. Эта слабость вызвана дефицитом радиоактивного никеля.
Новые открытия пролили свет на некоторые загадки сверхновой 1054 года н. э., которая взорвалась в галактике Млечный Путь и была широко упомянута в китайских и японских записях. Полученный остаток - Крабовидная туманность - был изучен очень подробно, и сверхновая была лучшим кандидатом на сверхновую с электронным захватом. Новый результат повышает уверенность в том, что SN 1054 была сверхновой с электронным захватом, утверждает команда.
Эта гипотеза также объясняет, почему эта сверхновая была относительно яркой по сравнению с ожиданиями, основанными на ранних моделях сверхновых с электронным захватом: ее светимость, вероятно, была искусственно увеличена выбросом сверхновой, столкнувшимся с материалом, отброшенным звездой-прародителем, как это было видно в SN 2018zd.
«Люди предполагали, что сверхновая Крабовидной туманности была сверхновой с электронным захватом, но я думаю, что SN 2018zd делает эту ассоциацию сильнее», - сказал Филиппенко. «Теперь мы пришли к пониманию того, что сверхновая с электронным захватом может стать более заметной в течение более длительного времени, чем можно было бы ожидать, основываясь только на первоначальной теории 40 лет назад».
Филиппенко и его команда надеются найти больше примеров этой третьей разновидности сверхновых, которые должны быть относительно близки, чтобы астрономы могли идентифицировать звезду-прародительницу каждой из них, которая обычно слаба, и зафиксировать долгосрочное свечение от выброса.
По информации https://www.astronews.ru/cgi-bin/mng.cgi?page=news&news=20210703122857
Обозрение "Terra & Comp".
