Как образуются новые и сверхновые звезды. Новые и сверхновые звезды

Тестировал возможности новой камеры, прикрепив ее к 40-сантиметровому телескопу. Для съемки он выбрал спиральную галактику NGC 613, расположенную в 80 млн световых лет в созвездии Скульптора, крупном созвездии в южном полушарии. Бузо на протяжении полутора часов снимал галактику с 20-секундной выдержкой, чтобы избежать засвечивания огнями города. В течение первых 20 минут фотографии выглядели одинаково.

А затем Бузо заметил яркую точку в конце одного из рукавов галактики и понял, что происходит что-то необыкновенное. Но не смог определить, что именно, и обратился за помощью к профессионалам.

Ознакомившись со снимками, астроном Мелина Берстен и ее коллеги из Института астрофизики в Ла-Плате поняли, что

Босо удалось зафиксировать редчайшее событие — вспышку сверхновой.

При вспышке сверхновой светимость звезды резко увеличивается на четыре-восемь порядков, а затем вспышка медленно затухает. Взрыв сопровождается выбросом значительной массы вещества из внешней оболочки звезды в межзвездное пространство. Как правило, сверхновые звезды наблюдаются постфактум, то есть когда событие уже произошло и его излучение достигло Земли. Взрывную волну, которую зафиксировал на камеру Бузо, можно наблюдать лишь в первые несколько часов. Заснять взрыв сложно, так как невозможно предсказать, когда он произойдет. До сих пор это никому не удавалось. По словам Берстен, шанс такого открытия — один на 10, если не на 100 миллионов.

Однако Бузо удалось зафиксировать самое начало этого процесса.

Victor Buso/Gaston Folatelli

«Фактически, некоторые исследователи уже стали задаваться вопросом, насколько верны теоретические модели взрыва сверхновой, — объясняет Берстен, возглавившая исследование. —

Наблюдения Бузо чрезвычайно ценны, даже в лотерею проще выиграть, чем сделать что-то подобное».

«Это как выиграть в космическую лотерею», — подтверждает астрофизик Алексей Филиппенко из Калифорнийского университета в Беркли, участвовавший в наблюдениях за сверхновой после взрыва. Данные о наблюдениях были опубликованы 21 февраля этого года в журнале Nature , ученые упомянули Бузо в числе соавторов.

«Данные Бузо исключительны, — отмечает Филиппенко. — Это великолепный пример партнерства любителей и профессиональных астрономов».

В течение двух месяцев после открытия сверхновой, получившей название SN 2016gkg, астрономы наблюдали за ней с помощью телескопов обсерватории Кека и Ликской обсерватории. Основываясь на открытии и дальнейших наблюдениях, Берстен и ее коллеги определили, что сверхновая была частью двойной звездной системы, которая потеряла внешние слои газа, сохранив лишь ядро, состоящее преимущественно из гелия. Спектральные данные показали, что это сверхновая типа IIb — массивная звезда, которая уже потеряла большую часть своей массы до взрыва.

Команда подсчитала, что масса SN 2016gkg была примерно в 20 раз больше массы Солнца, но к моменту взрыва звезда потеряла 3/4 массы. Сейчас, когда SN 2016gkg стала сверхновой, она уменьшилась до пяти солнечных масс.

Долгожданные визуальные данные помогут астрономам получить больше информации о структуре звезды непосредственно перед ее взрывом, а также информацию о самом взрыве.

«Профессиональные астрономы давно ждали чего-то подобного, — говорит Филиппенко. — Наблюдения за звездами в первые моменты взрыва предоставляют информацию, которая не может быть напрямую получена каким-либо другим способом».

В ноябре 2017 года «Газета.Ru» рассказывала о еще одном необычном открытии —

Которая пережила уже несколько взрывов и отказывается затухать.

Сверхновую iPTF14hls астрономы обнаружили в ходе астрономического обзора Palomar Transient Factory в сентябре 2014 года. Спустя несколько месяцев астрономы из обсерватории Лас Кумбрес в США заметили, что звезда перестала затухать и начала становиться ярче. Пересмотрев архивные данные, исследователи выяснили, что сверхновая в этом же месте была обнаружена в 1954 году. Каким-то образом она пережила взрыв и продолжила сиять, а затем снова взорвалась 50 лет спустя.

По подсчетам исследователей, до взрыва масса звезды в 50 раз превышала массу Солнца. Масштабы взрыва звезды, возможно, связаны с ее необычным поведением, предполагают они. Сверхновая iPTF14hls может оказаться первым обнаруженным примером пульсирующей парно-нестабильной сверхновой.

«Согласно этой теории, возможно, звезда была настолько массивной и горячей, что при взрыве породила антивещество в своем ядре. Это могло стать причиной того, что звезда была нестабильной и за годы существования пережила несколько вспышек, — предполагают исследователи. — Такие взрывы, как считается, были возможны только на раннем этапе существования Вселенной и сегодня уже не должны происходить. Это все равно, что встретить динозавра».

Может взорваться с энергией в миллиарды солнц, и потом стать снова тусклой только через несколько часов или дней. Некоторые взрываются в струю газа и пыли, другие становятся экзотическими объектами, такими как нейтронные звёзды или .

Астрономы классифицировали сверхновые следующим образом, смотрите в таблице ниже (из Википедии):

Сверхновая типа I происходит в двойных системах, где одна звезда перетягивает массу из второй звезды, пока не достигнет определённого количества массы. Это приводит её к взрыву в виде вспышки сверхновой. Сверхновая типа II - это взрыв массивной звезды, которая достигла конца своей жизни.

Все элементы тяжелее железа были созданы во вспышках сверхновых. Когда массивная звезда выработает водородное топливо, она начнёт перерабатывать всё более тяжёлые элементы. Гелий в углерод и кислород. А затем кислород в ещё более тяжёлые элементы. Она идёт вверх по периодической таблице, производя более тяжёлые элементы, пока не достигнет железа. Как только звезда достигнет железа, она больше не сможет извлекать энергию из термоядерного процесса. Ядро коллапсирует в чёрную дыру, и вещество вокруг неё сплавится вместе в элементы тяжелее железа. Если вы носите золотые украшения, золото было создано в сверхновой.

Остаток сверхновой SNR 0519-69.0. Снимок получен путём совмещения двух изображений от космических телескопов "Хаббл" и "Чандра".

В 1054 году китайские астрономы увидели вспышку сверхновой, которая была настолько яркая, что её было видно днём. Этот взрыв газа и пыли теперь мы знаем как Крабовидную туманность. А в современном мире мощная вспышка сверхновой произошла в 1987 году, когда взорвалась звезда в Большом Магеллановом Облаке.

Астрономы используют сверхновые типа I, чтобы судить о расстояниях во Вселенной. Из-за того, что они всегда взрываются с выбросом примерно одинакового количества энергии. Когда белый карлик накапливает 1,4 массы Солнца, он не может сдерживать эту массу и коллапсирует. Этот предел массы называют пределом Чандрасекара. Когда астроном видит вспышку сверхновой типа I, он знает, насколько она яркая, и поэтому может измерить то, как далеко она находится.

Название прочитанной вами статьи "Сверхновая звезда или вспышка сверхновой" .

Сверхновая звезда, или взрыв сверхновой — процесс колоссального взрыва звезды в конце ее жизни. При этом освобождается огромная энергия, а светимость возрастает в миллиарды раз. Оболочка звезды выбрасывается в космос, образуя туманность. А ядро сжимается настолько, что становится либо , либо .

Химическая эволюция вселенной протекает именно благодаря сверхновым. Во время взрыва в пространство выбрасываются тяжелые элементы, образующиеся во время термоядерной реакции при жизни звезды. Далее из этих остатков формируются с планетарными туманностями, из которых в свою очередь образуются звёзды с планетами.

Как происходит взрыв

Как известно, звезда выделяет огромную энергию благодаря термоядерной реакции, происходящей в ядре. Термоядерная реакция — это процесс превращения водорода в гелий и более тяжелые элементы с выделением энергии. Но вот когда водород в недрах заканчивается, верхние слои звезды начинают обрушиваться к центру. После достижения критической отметки вещество буквально взрывается, всё сильнее сжимая ядро и унося верхние слои звезды ударной волной.

В довольно малом объеме пространства образуется при этом столько энергии, что часть ее вынуждено уносить нейтрино, у которой практически нет массы.

Сверхновая типа Ia

Этот вид сверхновых рождается не из звезд, а из . Интересная особенность — светимость всех этих объектов одинакова. А зная светимость и тип объекта, можно вычислить его скорость по . Поиск сверхновых типа Ia очень важен, ведь именно с их помощью обнаружили и доказали ускоряющееся расширение вселенной.

Возможно, завтра они вспыхнут

Существует целый список, в который включены кандидаты в сверхновые звёзды. Конечно, достаточно сложно определить, когда именно произойдет взрыв. Вот ближайшие из известных:

• IK Пегаса. Двойная звезда расположена в созвездии Пегас на удалении от нас до 150 световых лет. Её спутник – массивный белый карлик, который уже перестал производить энергию посредством термоядерного синтеза. Когда главная звезда превратится в красный гигант и увеличит свой радиус, карлик начнёт увеличивать массу за счёт неё. Когда его масса достигнет 1,44 солнечной, может произойти взрыв сверхновой.
• Антарес . Красный сверхгигант в созвездие Скорпиона, от нас до него 600 световых лет. Компанию Антаресу составляет горячая голубая звезда.
• Бетельгейзе. Подобный Антаресу объект, находится в созвездии Орион. Расстояние до Солнца от 495 до 640 световых лет. Это молодое светило (около 10 миллионов лет), но считается, что оно достигло фазы выгорания углерода. Уже в течение одного-двух тысячелетий мы сможем полюбоваться взрывом сверхновой.

Влияние на Землю

Сверхновая звезда, взорвавшись поблизости, естественно, не может не повлиять на нашу планету. Например, Бетельгейзе, взорвавшись, увеличит яркость примерно в 10 тысяч раз. Несколько месяцев звезда будет иметь вид сияющей точки, по яркости подобной полной Луне. Но если какой-либо полюс Бетельгейзе будет обращён на Землю, то она получит от звезды поток гамма-лучей. Усилятся полярные сияния, уменьшится озоновый слой. Это может оказать очень негативное влияние на жизнь нашей планеты. Всё это только теоретические расчёты, каким же фактически будет эффект взрыва этого супергиганта, точно сказать нельзя.

Смерть звезды, так же, как и жизнь, иногда бывает очень красивой. И пример тому – сверхновые звёзды. Их вспышки мощны и ярки, они затмевают все светила, что расположены рядом.

Что вы знаете о сверхновых звездах? Наверняка скажете, что сверхновая звезда является грандиозным взрывом звезды, на месте которой остаётся нейтронная звезда или чёрная дыра.

Однако на самом деле не все сверхновые являются конечной стадией жизни массивных звезд. Под современную классификацию сверхновых взрывов, помимо взрывов сверхгигантов, входят также некоторые другие явления.

Новые и сверхновые

Термин «сверхновая» перекочевал от термина «новая звезда». «Новыми» называли звезды, которые возникали на небосклоне практически на пустом месте, после чего постепенно угасали. Первые «новые» известны ещё по китайским летописям, датируемым вплоть до второго тысячелетия до нашей эры. Что интересно, среди этих новых нередко встречались сверхновые. К примеру, именно сверхновую в 1571 году наблюдал Тихо Браге, который впоследствии ввёл термин «новая звезда». Сейчас нам известно, что в обоих случаях речь не идёт о рождении новых светил в буквальном смысле.

Новые и сверхновые звезды обозначают резкое увеличение яркости какой-либо звезды или группы звезд. Как правило, раньше люди не имели возможности наблюдать звёзды, которые порождали эти вспышки. Это были слишком тусклые объекты для невооруженного глаза или астрономического прибора тех лет. Их наблюдали уже в момент вспышки, что естественно походило на рождение нового светила.

Не смотря на схожесть этих явлений, в наши дни существует резкое различие в их определениях. Пиковая светимость сверхновых звезд в тысячи и сотни тысяч раз больше пиковой светимости новых. Такое расхождение объясняется принципиальным различием природы этих явлений.

Рождение новых звезд

Новые вспышки являются термоядерными взрывами, происходящим в некоторых тесных звездных системах. Такие системы состоят из и более крупной звезды-компаньона (звезды главной последовательности, субгиганта или ). Могучее тяготение белого карлика притягивает вещество из звезды-компаньона, в результате чего вокруг него образуется аккреционный диск. Термоядерные процессы, происходящие в аккреционном диске, временами теряют стабильность и приобретают взрывной характер.

В результате такого взрыва яркость звездной системы увеличивается в тысячи, а то и в сотни тысяч раз. Так происходит рождение новой звезды. Доселе тусклый, а то и невидимый для земного наблюдателя объект приобретает заметную яркость. Как правило, своего пика такая вспышка достигает всего за несколько дней, а затухать может годами. Нередко такие вспышки повторяются у одной и той же системы раз в несколько десятилетий, т.е. являются периодичными. Также вокруг новой звезды наблюдается расширяющаяся газовая оболочка.

Сверхновые взрывы обладают совершенно иной и более разнообразной природой своего происхождения.

Сверхновые принято разделять на два основных класса (I и II). Эти классы можно назвать спектральными, т.к. их отличает присутствие и отсутствие линий водорода в их спектрах. Также эти классы заметно отличаются визуально. Все сверхновые I класса схожи как по мощности взрыва, так и по динамике изменения блеска. Сверхновые же II класса весьма разнообразны в этом плане. Мощность их взрыва и динамика изменения блеска лежит в весьма обширном диапазоне.

Все сверхновые II класса порождаются гравитационным коллапсом в недрах массивных звезд. Другими словами, этот тот самый, знакомый нам, взрыв сверхгигантов. Среди сверхновых первого класса существуют те, механизм взрыва которых скорее схож с взрывом новых звезд.

Смерть сверхгигантов

Сверхновыми становятся звезды, масса которых превышает 8-10 солнечных масс. Ядра таких звезд, исчерпав, водород, переходят к термоядерным реакциям с участием гелия. Исчерпав гелий, ядро переходит к синтезу всё более тяжелых элементов. В недрах звезды создаётся всё больше слоёв, в каждом из которых происходит свой тип термоядерного синтеза. В конечной стадии своей эволюции такая звезда превращается в «слоёный» сверхгигант. В его ядре происходит синтез железа, тогда как ближе к поверхности продолжается синтез гелия из водорода.

Слияние ядер железа и более тяжёлых элементов происходит с поглощением энергии. Поэтому, став железным, ядро сверхгиганта больше не способно выделять энергию для компенсации гравитационных сил. Ядро теряет гидродинамическое равновесие и приступает к беспорядочному сжатию. Остальные слои звезды продолжают поддерживать это равновесие, до тех пор, пока ядро не сожмётся до некого критического размера. Теперь гидродинамическое равновесие теряют остальные слои и звезда в целом. Только в этом случае «побеждает» не сжатие, а энергия, выделившая в ходе коллапса и дальнейших беспорядочных реакций. Происходит сброс внешней оболочки - сверхновый взрыв.

Классовые различия

Различные классы и подклассы сверхновых объясняются тем, какой звезда была до взрыва. К примеру, отсутствие водорода у сверхновых I класса (подкласса Ib, Ic) является следствие того, что водорода не было у самой звезды. Вероятнее всего, часть её внешней оболочки была потеряна в ходе эволюции в тесной двойной системе. Спектр подкласса Ic отличается от Ib отсутствием гелия.

В любом случае сверхновые таких классов происходят у звезд, не имеющих внешней водородно-гелиевой оболочки. Остальные же слои лежат в довольно строгих пределах своего размера и массы. Это объясняется тем, что термоядерные реакции сменяют друг друга с наступлением определенной критической стадии. Поэтому взрывы звезд Ic и Ib класса так похожи. Их пиковая светимость примерно в 1,5 миллиардов раз превышает светимость Солнца. Эту светимость они достигают за 2-3 дня. После этого их яркость в 5-7 раз слабеет за месяц и медленно уменьшается в последующие месяцы.

Звёзды сверхновых II типа обладали водородно-гелиевой оболочкой. В зависимости от массы звезды и других её особенностей это оболочка может иметь различные границы. Отсюда объясняются широкий диапазон в характерах сверхновых. Их яркость может колебаться от десятков миллионов до десятков миллиардов солнечных светимостей (исключая гамма-всплески - см. дальше). А динамика изменения яркость имеет самый различный характер.

Трансформация белого карлика

Особую категорию сверхновых составляет вспышки . Это единственный класс сверхновых звезд, который может происходить в эллиптических галактиках. Такая особенность говорит о том, что эти вспышки не являются продуктом смерти сверхгигантов. Сверхгиганты не доживают до того момента, как их галактики «состарятся», т.е. станут эллиптическими. Также все вспышки этого класса имеют практически одинаковую яркость. Благодаря этому сверхновые Ia типа являются «стандартными свечами» Вселенной.

Они возникают по отличительно иной схеме. Как отмечалось ранее, эти взрывы по своей природе чем-то сходны с новыми взрывами. Одна из схем их возникновения предполагает, что они также зарождаются в тесной системе белого карлика и его звезды-компаньона. Однако, в отличие от новых звезд, здесь происходит детонация иного, более катастрофического типа.

По мере «пожирания» своего компаньона, белый карлик увеличивается в массе до тех пор, пока не достигнет предела Чандрасекара. Этот предел, примерно равный 1,38 солнечной массы, является верхней границы массы белого карлика, после которого он превращается в нейтронную звезду. Такое событие сопровождается термоядерным взрывом с колоссальным выделением энергии, на много порядков превышающим обычный новый взрыв. Практически неизменное значение предела Чандрасекара объясняет столь малое расхождение в яркостях различных вспышек данного подкласса. Эта яркость почти в 6 миллиардов раз превышает солнечную светимость, а динамика её изменения такая же, как у сверхновых Ib, Ic класса.

Гиперновые взрывы

Гиперновыми называют вспышки, энергия которых на несколько порядков превышает энергию типичных сверхновых. То есть, по сути они гиперновые являются очень яркими сверхновыми.

Как правило, гиперновым считается взрыв сверхмассивных звезд, также называемых . Масса таких звезд начинается с 80 нередко превышает теоретический предел 150 солнечных масс. Также существуют версии, что гиперновые звезды могут образовываться в ходе аннигиляции антиматерии, образованию кварковой звезды или же столкновением двух массивных звезд.

Примечательны гиперновые тем, что они являются основной причиной, пожалуй, самых энергоёмких и редчайших событий во Вселенной - гамма-всплесков. Продолжительность гамма всплесков составляет от сотых секунд до нескольких часов. Но чаще всего они длятся 1-2 секунду. За эти секунды они испускают энергию, подобную энергии Солнца за все 10 миллиардов лет её жизни! Природа гамма-всплесков до сих пор по большей части остаётся под вопросом.

Прародители жизни

Несмотря на всю свою катастрофичность, сверхновые по праву можно назвать прародителями жизни во Вселенной. Мощность их взрыва подталкивает межзвездную среду на образования газопылевых облаков и туманностей, в которых впоследствии рождаются звезды. Ещё одна их особенность состоит в том, что сверхновые насыщают межзвездную среду тяжелыми элементами.

Именно сверхновые порождают все химические элементы, что тяжелее железа. Ведь, как отмечалось ранее, синтез таких элементов требует затрат энергии. Только сверхновые способны «зарядить» составные ядра и нейтроны на энергозатратные производство новых элементов. Кинетическая энергия взрыва разносит их по пространству вместе с элементами, образовавшимися в недрах взорвавшейся звезды. В их число входят углерод, азот и кислород и прочие элементы, без которых невозможна органическая жизнь.

Наблюдение за сверхновыми

Сверхновые взрывы являются крайне редкими явлениями. В нашей галактике, содержащей более сотни миллиардов звёзд, происходит всего лишь несколько вспышек за столетие. Согласно летописным и средневековым астрономическим источникам, за последние две тысячи лет были зафиксированы лишь шесть сверхновых, видимых невооруженным глазом. Современным астрономам ни разу не доводилось наблюдать сверхновых в нашей галактике. Наиболее ближайшая произошла в 1987 в Большом Магеллановым Облаке, в одном из спутников Млечного Пути. Каждый год учёные наблюдают до 60 сверхновых, происходящих в других галактиках.

Именно из-за этой редкости сверхновые практически всегда наблюдаются уже в момент вспышки. События, предшествующие ей почти никогда не наблюдались, поэтому природа сверхновых до сих пор во многом остаётся загадочной. Современная наука не способна достаточно точно спрогнозировать сверхновые. Любая звезда-кандидат способна вспыхнуть лишь через миллионы лет. Наиболее интересна в этом плане Бетельгейзе, которая имеет вполне реальную возможность озарить земное небо на нашем веку.

Вселенские вспышки

Гиперновые взрывы случаются ещё реже. В нашей галактике такое событие случаются раз в сотни тысяч лет. Однако, гамма-всплески, порождаемые гиперновыми, наблюдаются почти ежедневно. Они настолько мощны, что регистрируются практически со всех уголков Вселенной.

К примеру, один из гамма-всплесков, расположенных в 7,5 миллиардов световых лет, можно было разглядеть невооружённым глазом. Произойти он в галактике Андромеда, земное небо на пару секунд осветила звезда с яркостью полной луны. Произойти он на другом краю нашей галактики, на фоне Млечного Пути появилось бы второе Солнце! Получается, яркость вспышки в квадриллионы раз ярче Солнца и в миллионы раз ярче нашей Галактики. Учитывая, что галактик во Вселенной миллиарды, неудивительно, почему такие события регистрируются ежедневно.

Влияние на нашу планету

Маловероятно, что сверхновые могут нести угрозу современному человечеству и каким-либо образом повлиять на нашу планету. Даже взрыв Бетельгейзе лишь осветит наше небо на несколько месяцев. Однако, безусловно, они решающим образом влияли на нас в прошлом. Примером тому служит первое из пяти массовых вымираний на Земле, произошедших 440 млн. лет назад. По одной из версий причиной этому вымиранию послужил гамма-вспышка, произошедшая в нашей Галактике.

Более примечательна совсем иная роль сверхновых. Как уже отмечалось, именно сверхновые создают химические элементы, необходимые для появления углеродной жизни. Земная биосфера не была исключением. Солнечная система сформировалось в газовом облаке, которые содержали осколки былых взрывов. Получается, мы все обязаны сверхновым своим появлением.

Более того, сверхновые и в дальнейшем влияли на эволюцию жизни на Земле. Повышая радиационный фон планеты, они заставляли организмы мутировать. Не стоит также забывать про крупные вымирания. Наверняка сверхновые не единожды «вносили коррективы» в земную биосферу. Ведь не будь тех глобальный вымираний, на Земле бы сейчас господствовали совсем другие виды.

Масштабы звездных взрывов

Чтобы наглядно понять, какой энергией обладают сверхновые взрывы, обратимся к уравнению эквивалента массы и энергии. Согласно нему, в каждом грамме материи заключено колоссальное количество энергии. Так 1 грамм вещества эквивалентен взрыву атомной бомбы, взорванной над Хиросимой. Энергия царь-бомбы эквивалента трём килограммам вещества.

Каждую секунду ходе термоядерных процессов в недрах Солнца 764 миллиона тонн водорода превращается в 760 миллион тонн гелия. Т.е. каждую секунду Солнце излучает энергию, эквивалентную 4 млн. тоннам вещества. Лишь одна двухмиллиардная часть всей энергии Солнца доходит до Земли, это эквивалентно двум килограммам массы. Поэтому говорят, что взрыв царь-бомбы можно было наблюдать с Марса. К слову, Солнце доставляет на Землю в несколько сотен раз больше энергии, чем потребляет человечество. То есть, чтобы покрыть годовые энергетические потребности всего современного человечества нужно превращать в энергию всего несколько тонн материи.

Учитывая вышесказанное, представим, что средняя сверхновая в своём пике «сжигает» квадриллионы тон вещества. Это соответствует массе крупного астероида. Полная же энергия сверхновой эквивалентна массе планеты или даже маломассивной звезды. Наконец, гамма-всплеск за секунды, а то и за доли секунды своей жизни, выплёскивает энергию, эквивалентную массе Солнца!

Такие разные сверхновые

Термин «сверхновая» не должен ассоциироваться исключительно с взрывом звёзд. Эти явления, пожалуй, также разнообразны, как разнообразны сами звёзды. Науке только предстоит понять многие их секреты.

Астрофизикам из Европы и Северной Америки впервые удалось проследить за эволюцией бывшего красного сверхгиганта спустя всего три часа после его взрыва как сверхновой звезды II типа. Вспышка в соседней с Млечным Путем галактике NGC 7610, зафиксированная на Земле более трех лет назад, привлекла внимание множества ученых. рассказывает об исследовании, посвященном этому событию, которое опубликовано в журнале Nature Physics.

Сегодня ученые относительно неплохо понимают процессы, предшествующие разрушению тяжелых звезд (исчерпание термоядерного топлива или гравитационный коллапс), и их дальнейшую судьбу. Светила, которые в несколько раз тяжелее Солнца и в десятки тысяч раз его ярче, превращаются в красных сверхгигантов, по мере такой эволюции теряющих около десяти процентов своей массы. Взрыв делает такие объекты чрезвычайно яркими, так что их можно наблюдать даже в самых далеких галактиках.

Между тем наблюдение в режиме реального времени взрывов сверхновых из-за своей статистической редкости до сих пор оставалось недоступным астрономам. Например, имеющиеся оценки указывают, что сверхновая в Млечном Пути взрывается в среднем реже одного раза в год. В новом исследовании ученым удалось проследить за объектом в галактике NGC 7610, спектральные характеристики которого, полученные в последние годы, указывали на его чрезвычайную нестабильность (быструю потерю массы) и, как следствие, высокую вероятность его взрыва как сверхновой.

Спиральная галактика с перемычкой NGC 7610 расположена в созвездии Пегаса на расстоянии 50,95 мегапарсека от Земли. Взорвавшийся в ней объект iPTF 13dqy (иначе - SN 2013fs) является обычной сверхновой II типа (в ее спектре присутствуют линии водорода). Впервые ее наблюдали в режиме реального времени 6 октября 2013 года при помощи автоматизированной системы iPTF (Intermediate Palomar Transient Factory), повторно - через 50 минут. Третий раз SN 2013fs наблюдали через сутки при помощи научного инструмента WiFeS (WideField Spectrograph) телескопа Австралийского национального университета.

Изображение: Nature Physics

После этого внимание к объекту iPTF 13dqy ученых резко возросло. За SN 2013fs стали наблюдать практически во всем электромагнитном диапазоне длин волн - рентгеновском, ультрафиолетовом, оптическом и инфракрасном. Специалисты получили следующие данные, прекрасно укладывающиеся в имеющиеся представления об эволюции красного сверхгиганта - уничтоженной в ходе взрыва сверхновой звезды.

Разрушение ядра красного сверхгиганта инициирует формирование сверхзвуковой ударной волны. Когда она достигает поверхности звезды, объект начинает ярко светиться в видимой части излучения - происходит то, что привыкли называть вспышкой сверхновой. Одновременно с этим перерождение светила сопровождается интенсивным ультрафиолетовым излучением. Продолжительность и сила вспышки зависят от структуры оболочки звезды-прародителя и скорости потери ею массы.

Ультрафиолетовая радиация провоцирует фотоионизацию атомов в окружающем сверхновую газовом облаке. Когда газ становится достаточно плотным, происходит быстрая рекомбинация (процесс, обратный ионизации - захват ионами электронов), и возникшие атомы порождают характерные эмиссионные линии. Временные рамки этого процесса позволили ученым определить границы, до которых распространилась материя после взрыва сверхновой iPTF 13dqy, - примерно 20 световых часов.

Между тем процессы, которые происходили в атмосфере красного сверхгиганта до его взрыва, ученым достаточно точно описать не удается. Определяющим при этом является темп потери звездой материи, фактически, скорость ее отрыва от светила. Если последняя составляет 50 километров в секунду, интенсивно терять свою массу звезда начала примерно десять лет назад. Если эта величина в десять раз меньше - около пяти километров в секунду, то раздувание светила продолжалось сотни лет. Кроме того, по примеру красного сверхгиганта Бетельгейзе, готовящегося, вероятно, к взрыву в качестве сверхновой, газовая оболочка перерождающегося светила вообще может находиться в стационарном режиме.

Цель, к которой теперь стремятся ученые, - наблюдать звезду в момент ее перерождения, а не только спустя несколько часов после ее вспышки как сверхновой. Приблизиться к этому помогает проведенное наблюдение - по крайней мере, оно позволяет отобрать самые популярные сценарии взрыва звезды. Может показаться, что на самом деле ученые не в первый раз наблюдают взрыв сверхновой. С какой-то точки зрения это так, но не совсем.

Впервые вспышку сверхновой спустя несколько часов наблюдали в 2008 году. Тогда в галактике NGC 2770 зарегистрировали интенсивную вспышку ультрафиолетового излучения, длящуюся несколько часов. Скорее всего, она была связана, как и у iPTF 13dqy, с формированием ударной волны звездой-прародителем. Впоследствии событие SNLS-04D2dc наблюдали в оптическом диапазоне. Между тем систематический спектральный анализ данного события проведен не был. Причины этого заключаются в самой природе открытия: оно было случайным, и ученые к нему не подготовились.

События iPTF 13dqy и SNLS-04D2dc - то есть взрывы сверхновых II типа - произошли с одиночными светилами. Другой сценарий - взрыв белого карлика. Он происходит как вспышка сверхновой I типа, а причина его - наличие второго спутника-светила. Материя с последнего попадает на белый карлик, что приводит к превышению его массой предела Чандрасекара, то есть гравитационному коллапсу. Такое событие произошло в 2009 году, когда удалось напрямую наблюдать взрыв сверхновой и подтвердить теорию, описывающую массообмен между компаньонами в двойной системе V1213 Cen.

Сброс оболочки белым карликом начался спустя шесть суток после последнего падения его светимости. Ученые полагают, что через сотни лет взрыв, сопровождающийся кратковременным увеличением на три порядка яркости светила, повторится. Свойства двойной системы в этом случае зависят от скорости массообмена - как быстро материя с небольшого компаньона попадает на белый карлик. Имеющиеся данные указывают на низкую скорость массообмена между звездами в двойной системе V1213 Cen. За объектами следили достаточно долго - с 2003 года, в рамках проекта OGLE (Optical Gravitational Lensing Experiment), фиксировали периодические изменения светимости звезды V1213 Cen, которые завершились взрывом сверхновой лишь спустя шесть лет.

«Почему и каким образом массивные звезды взрываются как сверхновые - один из открытых вопросов астрофизики, - отмечают авторы в публикации. - Массивные звезды превращают легкие элементы в более тяжелые. В последние годы своего существования (короткий промежуток времени, длящийся для некоторых светил от одного до десяти миллионов лет) эти звезды сжигают тяжелое топливо, продукты слияния водорода и гелия до тех пор, пока не разрастается и не разрушается железное ядро». Несмотря на то что астрономам ясны основные механизмы, приводящие к взрывам сверхновой, детальные элементы картины все еще неясны.