Астроархеология Сверхновых: ученые заглянули в прошлое Сверхновой Тихо Браге

Международная команда ученых из Австралии, США, Европы и России прояснила происхождение сверхновой Тихо (SN 1572). Исследование, опубликованное в журнале Nature Astronomy, опровергает общепринятую точку зрения, что вспышка этой сверхновой была связана со взрывом белого карлика, масса которого достигла предела Чандрасекара за счет аккреции вещества звезды-компаньона в тесной двойной системе.

Сверхновые типа Ia являются стандартными свечами современной наблюдательной космологии – они позволяют измерять расстояния во Вселенной на космологических масштабах. Они также играют важнейшую роль в химической эволюции галактик, являясь одним из основных поставщиков железа во Вселенной. Однако, загадка происхождения этих космических взрывов огромной энергии остается неразрешенной. Практически не вызывает сомнений, что сверхновые Ia являются результатом термоядерного взрыва углеродно-кислородного белого карлика при достижении им предела массы Чандрасекара (примерно 1.4 солнечной массы). Однако конкретный механизм, приводящий к росту массы белого карлика и его детонации неизвестен – проблема предшественников сверхновых типа Ia является одной из важнейших нерешенных загадок современной астрофизики.

Согласно двум наиболее популярным теориям, белый карлик может медленно увеличивать свою массу на протяжении многих миллионов лет за счет акреции вещества звезды-компаньона в тесной двойной системе, пока не будет достигнут предел Чандрасекара, либо же взрыв может произойти при слиянии двух белых карликов в компактной двойной системе.

Эти два сценария кардинально различаются по уровню электромагнитного излучения, производимого предшественником сверхновой на протяжении миллионов лет до взрыва. В отличие от системы двух белых карликов, излучающих «лишь» гравитационные волны, аккрецирующие белые карлики  являются мощными источниками излучения в экстремальном ультрафиолетовом и мягком рентгеновском диапазонах. Это свойство ранее уже позволило ограничить суммарный вклад аккрецирующих белых карликов в производство Сверхновых по отсутствию  ярких рентгеновских гало вокруг близлежащих галактик . Однако попытки определить происхождение отдельно взятых сверхновых путем поиска в архивных данных рентгеновского источника на месте вспышки до сих пор не увенчались успехом.

В статье, опубликованной в Nature Astronomy, предложен принципилаьно новый подход к решению этой проблемы. Излучение аккрецирующего белого карлика способно ионизовать окружающую межзвездную среду – превращать нейтральные атомы вокруг в ионы. Вокруг горячего белого карлика возникает так называемая сфера Стремгрена – область ионизованного газа, размеры которой могут достигать 10-100 парсек. После взрыва белого карлика источник ионизующего излучения исчезает, однако межзвездному газу требуется значительное время для того, чтобы снова стать нейтральным (рекомбинировать). Поэтому гигантская ионизованная туманность существует вокруг сверхновой на протяжении примерно ста тысяч лет после взрыва. Это открывает возможности для астроархеологии – возможности заглядывать в прошлое Сверхновой звезды. Ведь обнаружение даже небольших количеств нейтрального водорода вблизи сверхновой Ia позволяет ученым получить ограничения на температуру и светимость белого карлика за десятки тысяч лет до взрыва сверхновой.

445 лет назад астроном Тихо Браге обнаружил на небе новую звезду. В момент появления она былa ярче Венеры, затем на протяжении последующего года ее яркость постепенно спадала. Сегодня мы знаем, что Тихо Браге наблюдал термоядерный взрыв белого карлика – вспышку Сверхновой Ia. Благодаря ее истории и близости к Солнцу, остаток Сверхновой Тихо является одним из наиболее хорошо исследованных. В частности, мы знаем из оптических наблюдений, что в настоящее время он расширяется в практически нейтральном газе.

Таким образом, используя саму сверхновую в качестве инструмента исследования окружающего газа, ученые смогли исключить существование у сверхновой Тихо горячего и яркого предшественника – такого, который смог бы создать сферу Стремгрена размером, превышающим размер остатка вспышки в настоящее время, около 3 парсек. Полученные ограничения настолько сильны, что позволяют  ограничить не только светимость белого карлика, но и аккреционного диска вокруг него, тем самым исключая из списка возможных предшественников Сверхновой Тихо белый карлик со стационарным термоядерным горением водорода на поверхности, так и повторную Новую – два основных типа объектов в классическом аккреционном сценарии. Отсутствие сферы Стремгрена вокруг остатка вспышки Сверхновой Тихо совместимо со сценарием сливающихся белых карликов в компактной двойной системе, однако не исключает и другие, более экзотические модели.

Рентгеновское изображение остатка вспышки Сверхновой Тихо (SN 1572)

Рентгеновское изображение остатка вспышки Сверхновой Тихо (SN 1572). 

© X-ray: NASA/CXC/Rutgers/K.Eriksen et al.; Optical: DSS
Художественное изображение белого карлика, медленно увеличивающего свою массу за счет аккреции вещества звезды-компаньона в тесной двойной системе.

Художественное изображение белого карлика, медленно увеличивающего свою массу за счет аккреции вещества звезды-компаньона в тесной двойной системе.

© David A. Hardy & PPARC
Художественное изображение двух белых карликов в компактной двойной системе, сливающихся за счет излучения гравитационных волн.

Художественное изображение двух белых карликов в компактной двойной системе, сливающихся за счет излучения гравитационных волн.

© Tod Strohmayer (GSFC), CXC, NASA, Illustration: Dana Berry (CXC)

Статья в Nature Astronomy

Woods, Ghavamian, Badenes & Gilfanov “No hot and luminous progenitor for Tycho’s supernova”
Nature vol., page, 2017
, goes online 4pm London time on Sept. 25 http://dx.doi.org/10.1038/s41550-017-0263-5

2017-09-28T15:34:22+00:00 28 09 2017|Categories: Публикации|Tags: , |