Раскрыт один из секретов сверхновых звезд
Кадры из ролика, показывающего процесс слияния двух звезд с последующим термоядерным взрывом Одну из загадок сверхновых звезд раскрыли астрономы, узнавшие, что их вспышка чаще всего возникает при слиянии двух белых карликов — «умерших» звезд с очень высокой плотностью.
Ранее ученые рассматривали две разные модели появления сверхновых звезд типа Ia — слияние белых карликов и «обдирание» белым карликом красного гиганта. В обоих сценариях исходом становилось превышение останками звезды критической массы с последующим сжатием, разогревом до сверхвысоких температур и последующим термоядерным взрывом, свет от которого оказывается ярче света целой галактики.
Статья Марата Гильфанова (ИКИ, Институт космических исследований) и его аспиранта Акоша Богдана (Akos Bogdan, институт астрофизики Макса Планка, Германия) опубликована в журнале Nature. В ней исследователи анализируют собранные при помощи рентгеновского телескопа «Чандра» данные и приходят к выводу: процессы слияния двух белых карликов, которые ранее считали достаточно редким событием, происходят во Вселенной регулярно.
Что это значит? Для астрономов вспышки сверхновых звезд типа Ia представляют интерес в связи с тем, что их спектр всегда один и тот же, да и мощность вспышки тоже должна быть каждый раз одинаковой. А одинаковые по яркости вспышки, видимые из других галактик, — по сути готовый указатель на то, насколько далеко расположена та или иная галактика!
При помощи наблюдений за вспышками сверхновых звезд астрономы не только определяли местонахождение различных галактик. Чем дальше галактика, тем дольше из нее идет свет и тем более далекое прошлое мы видим: свет, пришедший из изученных учеными галактик (Туманности Андромеды), преодолел расстояние до Земли за два с половиной миллиона лет. Свет от еще более удаленных галактик идет уже не миллионы, а миллиарды лет, и за счет этого ученые видят Вселенную такой, какой она была в далеком прошлом.
Туманность Андромеды – она же М31, одна из ближайших к нам галактик. Название “туманность” ошибочно, оно пришло тогда, когда астрономы считали это свечение в центре облаком газа, а не миллионами звезд. Снимок John Lanoue.
Это позволяет сделать вывод не только о том, как распределены галактики, но и о том, где они находились в прошлом и с какой скоростью двигались за счет расширения Вселенной в целом. Для специалистов по космологии (раздел астрономии, изучающий поведение Вселенной) сверхновые Ia типа были очень удачным подарком — причем слово «были» стоит тут неспроста в прошедшем времени.
Ведь то, что все вспышки сверхновых Ia типа одинаковы — это предположение, которое следовало из считавшейся наиболее очевидной модели их взрыва. В ней белый карлик неторопливо, в течение десятков миллионов лет, перетягивал на себя плазму с соседней звезды, его масса медленно росла, достигала строго определенного значения, и потом следовал взрыв. Критическая масса составляет, по оценке ученых, около 1,4 массы Солнца (так называемый предел Чандрасекара). И если уж вспышка произошла за счет «перетягивания» вещества, то массу белого карлика можно определить однозначно.
Но это если критический уровень достигнут в результате медленного процесса. А если произошло слияние двух белых карликов, масса каждого из которых составляла, к примеру, 95% предела Чандрасекхара? Тогда образуется термоядерный заряд с массой уже не 100%, а все 190% критической: и вспышка будет, соответственно, ярче!
Получается, что открытие ученых заставляет проводить измерения более внимательно. Мало увидеть вспышку сверхновой, надо еще и найти ответ на вопрос, как именно она могла произойти.
Как именно удалось доказать, что большая часть вспышек сверхновой происходит за счет слияния звезд? Ведь в определенном смысле слова сделать это еще сложнее, чем криминалисту определить устройство взорвавшейся бомбы. В распоряжении астрономов нет даже покореженных и обгоревших остатков механизма, только фотографии самого взрыва и «места преступления». Если вспышка была в нашей галактике, можно посмотреть на расширяющееся облако газов, но если речь идет о соседней галактике, про изучение следов вспышки можно забыть.
Спектральный анализ вспышки фактически бесполезен, состав термоядерной взрывчатки примерно одинаков, все белые карлики довольно схожи. Чтобы попробовать как-то оценить яркость взрыва, надо сначала каким-то методом измерить до него расстояние. А расстояние меряется по яркости взрыва. Получается замкнутый круг.
Двойная система с белым карликом Такой процесс перетягивания вещества на белый карлик астрономы ранее считали наиболее вероятным сценарием. Однако последние данные, проанализированные Маратом Гильфановым и Акошем Богданом, говорят об обратном – в этом ролике показано сравнительно редкое событие.
На помощь пришли данные с рентгеновского телескопа «Чандра» (названного, кстати, в честь того самого слияния двух белых карликов, масса каждого из которых составляла, к примеру, 95% предела Чандрасекара, индийского астронома). Если продолжать аналогию с бомбами, астрономы попытались поймать «преступников» непосредственно в момент изготовления заряда.
Слияние двух звезд Такой процесс взрыва сверхновых типа Ia оказался более вероятен, чем аккреция вещества с обычной звезды. Обратите внимание – белые карлики долгое время вращаются друг вокруг друга, а не сталкиваются “лоб в лоб”!
Если белый карлик перетягивает вещество с соседней звезды, этот процесс проходит достаточно бурно, падающий на поверхность карлика раскаленный газ активно излучает рентгеновское излучение. Оно, конечно, поглощается атмосферой Земли, и наземные обсерватории ничего не заметят, но на то есть космические спутники со специальной аппаратурой, а в космическом вакууме рентгеновские лучи видны хорошо.
Вот только из тех галактик, которые исследовали Гильфанов и Богдан (ударение в фамилии Богдан падает на последний слог), излучения почему-то приходило слишком мало. Наблюдение в инфракрасные телескопы показывало, что массы в этих галактиках предостаточно, и с точки зрения теории вероятности вспышки сверхновых должны были бы происходить постоянно. Более того, они и происходили, астрономы периодически засекали там характерные вспышки.
А раз источников рентгеновского излучения минимум в 30 раз меньше, чем ожидалось, значит, «звездные бомбы» все же делаются иначе. Как? Ответ на этот вопрос мог быть только один: за счет того самого слияния белых карликов, которое до этого считалось маловероятным процессом.
Ученые, впрочем, отдают себе отчет в том, что в разных галактиках процессы формирования «взрывоопасных систем» могут протекать по-разному. В исследованных ими эллиптических галактиках средний возраст звезд больше, и там вполне закономерным образом может быть больше белых карликов, чем в галактиках молодых. Вопрос о том, как взрываются звезды в иных условиях, требует дополнительного рассмотрения.
