Сверхновая раскрыла секреты того, как живут и умирают массивные звезды
Международная группа астрономов во главе с Бенджамином Томасом из Техасского университета в Остине использовала наблюдения телескопа Хобби-Эберли (HET) в университетской обсерватории Макдональда, чтобы раскрыть загадочную тайну звездного взрыва, обнаруженного несколько лет назад и продолжающегося до сих пор. Результаты, опубликованные в сегодняшнем выпуске The Astrophysical Journal, помогут астрономам лучше понять процесс того, как живут и умирают массивные звезды.
На этой схеме показаны различные выбросы и ветры (красный и фиолетовый), испускаемые взорвавшейся звездой (слева, желтый). Диск с общей оболочкой (синий) окружает обе звезды, одну из которых взорвется как сверхновая, а другую — ее двойную партнершу (не показана). Пограничный слой вокруг диска с общей оболочкой является источником водорода, обнаруженного командой. Авторы и права: Б. Томас и др./Юта Остин.
Когда взрывающуюся звезду обнаруживают впервые, астрономы всего мира начинают следить за ней с помощью телескопов, поскольку испускаемый ею свет быстро меняется со временем. Они видят, как свет от сверхновой становится ярче, достигает пика, а затем начинает тускнеть. Отмечая время этих пиков и спадов яркости света, называемое «кривой блеска », а также характерные длины волн света, излучаемого в разное время, они могут вывести физические характеристики системы.
«Я думаю, что действительно здорово в такого рода науке то, что мы смотрим на излучение, которое исходит от материи, которая была выброшена из системы-прародителя до того, как она взорвалась как сверхновая», — сказал Томас. «Итак, это делает что-то вроде машины времени».
В случае со сверхновой 2014C прародительницей была двойная звезда , система, в которой две звезды вращались вокруг друг друга. Более массивная звезда эволюционировала быстрее, расширилась и потеряла свой внешний слой водорода из-за звезды- компаньона . Внутреннее ядро первой звезды продолжало сжигать более легкие химические элементы в более тяжелые, пока не закончилось топливо. Когда это произошло, внешнее давление ядра, которое удерживало огромный вес звезды, упало. Ядро звезды разрушилось, вызвав гигантский взрыв.
Это делает ее типом сверхновой, который астрономы называют «Тип Ib». В частности, сверхновые типа Ib характеризуются отсутствием водорода в выброшенном материале, по крайней мере, вначале.
Томас и его команда следили за SN 2014C с помощью телескопов обсерватории Макдональд с момента ее открытия в том же году. Многие другие группы по всему миру также изучали его с помощью телескопов на земле и в космосе, а также в различных типах света, включая радиоволны от наземного очень большого массива, инфракрасное излучение и рентгеновские лучи от космического базирования. Обсерватория Чандра.
Но исследования SN 2014C с помощью всех различных телескопов не складывались в целостную картину того, как, по мнению астрономов, должна вести себя сверхновая типа Ib.
Во-первых, оптическая сигнатура телескопа Хобби-Эберли (HET) показала, что SN 2014C содержит водород — удивительное открытие, которое также было независимо обнаружено другой командой, использующей другой телескоп.
«Чтобы сверхновая типа Ib начала показывать водород, это совершенно странно», — сказал Томас. «Есть всего несколько событий, которые оказались похожими».
Во-вторых, оптическая яркость (кривая блеска) этого водорода вела себя странно.
Большинство кривых блеска SN 2014C — в радио-, инфракрасном и рентгеновском диапазонах — следовали ожидаемому образцу: они стали ярче, достигли пика и начали падать. Но оптический свет от водорода оставался устойчивым.
«Загадка, с которой мы боролись, заключалась в том, как мы вписываем наши техасские HET-наблюдения за водородом и его характеристиками в эту картину [типа Ib]?», — сказал профессор UT Austin и член группы Дж. Крейг Уилер.
Проблема, как поняла команда, заключалась в том, что предыдущие модели этой системы предполагали, что сверхновая взорвалась и послала свою ударную волну сферическим образом. Данные HET показали, что эта гипотеза невозможна — должно было произойти что-то еще.
«Это просто не вписывалось бы в сферически-симметричную картину», — сказал Уилер.
Команда предлагает модель, в которой водородные оболочки двух звезд в двойной системе-прародителе сливаются, образуя «конфигурацию с общей оболочкой», где обе они содержатся в одной газовой оболочке. Затем пара выбросила эту оболочку в расширяющуюся дискообразную структуру, окружающую две звезды. При взрыве одной из звезд ее быстро движущиеся выбросы столкнулись с медленно движущимся диском, а также скользили по поверхности диска с «пограничным слоем» с промежуточной скоростью.
Команда предполагает, что этот пограничный слой является источником водорода , который они обнаружили, а затем изучали в течение семи лет с помощью HET.
Таким образом, данные HET оказались ключом, открывшим тайну сверхновой SN 2014C.
«В широком смысле вопрос о том, как массивные звезды теряют свою массу, — это большая научная проблема, которой мы занимались, — сказал Уилер. «Какая масса? Где она? Когда она была выброшена? Каким физическим процессом?
«И 2014C просто оказался действительно важным событием, иллюстрирующим этот процесс», — сказал Уилер.
