Кредит изображения: LBL
Измеряя поляризованный свет необычной взрывающейся звезды, международная команда астрофизиков и астрономов разработала первую подробную картину сверхновой типа Ia и характерной звездной системы, в которой она взорвалась.
Используя очень большой телескоп Европейской южной обсерватории в Чили, исследователи определили, что сверхновая 2002 года взорвалась внутри плоского, плотного, комковатого диска пыли и газа, ранее сдуваемого с звезды-компаньона. Их работа предполагает, что этот и некоторые другие предшественники сверхновых типа Ia напоминают объекты, известные как протопланетарные туманности, хорошо известные в нашей галактике Млечный Путь.
Лифан Ван из Национальной лаборатории Лоуренса Беркли, Дитрих Бааде из Европейской южной обсерватории (ESO), Питер Хлеб и Дж. Крейг Уилер из Техасского университета в Остине, Коджи Кавабата из Национальной астрономической обсерватории Японии и Кеничи Номото из Токийского университета сообщают о своих выводах в выпуске Astrophysical Journal Letters от 20 марта 2004 года.
Литье сверхновых на тип
Сверхновые помечены в соответствии с элементами, видимыми в их спектрах: в спектрах типа I отсутствуют водородные линии, а в спектрах типа II - эти линии. Что делает SN 2002ic необычным, так это то, что его спектр напоминает типичную сверхновую типа Ia, но имеет сильную линию выделения водорода.
Тип II и некоторые другие сверхновые возникают, когда ядра очень массивных звезд коллапсируют и взрываются, оставляя после себя чрезвычайно плотные нейтронные звезды или даже черные дыры. Однако сверхновые типа Ia взрываются по совершенно другому механизму.
«Сверхновая типа Ia - это металлический огненный шар», - объясняет Ван из лаборатории Berkeley Lab, пионер в области спектрополяриметрии сверхновых. «Тип Ia не имеет водорода или гелия, но содержит много железа, а также радиоактивный никель, кобальт и титан, немного кремния и немного углерода и кислорода. Таким образом, один из его предшественников должен быть старой звездой, которая эволюционировала, чтобы оставить после себя углеродно-кислородный белый карлик. Но углерод и кислород, как ядерное топливо, не сгорают легко. Как может взорваться белый карлик?
Наиболее широко принятые модели Типа Ia предполагают, что белый карлик - размером примерно с Землю, но упаковывающим большую часть массы Солнца - накапливает вещество от спутника на орбите, пока не достигнет 1,4 солнечной массы, известной как предел Чандрасекара. Ныне сверхплотный белый карлик воспламеняется в результате мощного термоядерного взрыва, не оставляя ничего, кроме звездной пыли.
Другие схемы включают в себя слияние двух белых карликов или даже одинокого белого карлика, который заново аккредитует вещество, выброшенное его более молодым «я». Однако, несмотря на три десятилетия поиска, вплоть до открытия и последующих спектрополяриметрических исследований SN 2002ic, не было никаких твердых доказательств для какой-либо модели.
В ноябре 2002 года Майкл Вуд-Васи и его коллеги на соседней фабрике сверхновых в Министерстве энергетики, базирующейся в лаборатории Беркли, сообщили об обнаружении SN 2002ic вскоре после того, как его взрыв был обнаружен на расстоянии почти миллиарда световых лет в анонимной галактике в Созвездие Рыб.
В августе 2003 года Марио Хамуй из Обсерваторий Карнеги и его коллеги сообщили, что источником обильного, богатого водородом газа в SN 2002ic была, скорее всего, так называемая звезда Асимптотической гигантской ветви (AGB), звезда на последних фазах его жизнь, в три-восемь раз превышающая массу Солнца, - это своего рода звезда, которая после того, как она сдула свои внешние слои водорода, гелия и пыли, оставляет белого карлика.
Более того, эта внешне противоречивая сверхновая звезда типа Ia с водородом фактически была похожа на другие богатые водородом сверхновые звезды, ранее обозначенные как тип IIn. Это, в свою очередь, говорит о том, что, хотя сверхновые типа Ia действительно удивительно похожи, между их предшественниками могут быть большие различия.
Поскольку сверхновые типа Ia настолько похожи и настолько ярки - настолько же ярки или ярче, чем целые галактики - они стали наиболее важными астрономическими стандартными свечами для измерения космических расстояний и расширения Вселенной. В начале 1998 года, проанализировав десятки наблюдений за далекими сверхновыми типа Ia, члены Космологического проекта сверхновой в Министерстве энергетики, базирующегося в лаборатории Беркли, вместе со своими конкурентами из поисковой группы сверхновых Z-High, расположенной в Австралии, объявили об удивительном открытии, которое расширение вселенной ускоряется.
Впоследствии космологи определили, что более двух третей вселенной состоит из таинственного чего-то, называемого «темной энергией», которая растягивает пространство и ускоряет расширение. Но узнать больше о темной энергии будет зависеть от тщательного изучения многих более отдаленных сверхновых типа Ia, включая лучшее знание того, какие звездные системы запускают их.
Изобразительная структура с помощью спектрополяриметрии
Спектрополяриметрия SN 2002ic предоставила наиболее детальную картину системы типа Ia. Поляриметрия измеряет ориентацию световых волн; Например, солнцезащитные очки Polaroid «измеряют» горизонтальную поляризацию, когда блокируют часть света, отраженного от плоских поверхностей. Однако в таком объекте, как облако пыли или звездный взрыв, свет не отражается от поверхностей, а рассеивается от частиц или электронов.
Если облако пыли или взрыв сферические и равномерно гладкие, все ориентации представлены одинаково, и чистая поляризация равна нулю. Но если объект не сферический - например, в форме диска или сигары - в одних направлениях будет колебаться больше света, чем в других.
Даже для довольно заметной асимметрии чистая поляризация редко превышает один процент. Таким образом, для инструмента спектрополяриметрии ESO было сложно измерить слабый SN 2002ic, даже используя мощный очень большой телескоп. Для получения необходимых высококачественных данных поляриметрии и спектроскопии потребовалось несколько часов наблюдения в четыре ночи.
Наблюдения команды появились спустя почти год после того, как SN 2002ic был впервые обнаружен. Сверхновая стала намного слабее, но ее заметная линия выделения водорода была в шесть раз ярче. С помощью спектроскопии астрономы подтвердили наблюдение Хамуя и его партнеров, что выбросы, распространяющиеся наружу от взрыва с высокой скоростью, натолкнулись на окружающую плотную, богатую водородом материю.
Однако только новые поляриметрические исследования показали, что большая часть этого вещества имела форму тонкого диска. Поляризация, вероятно, была обусловлена взаимодействием высокоскоростного выброса от взрыва с частицами пыли и электронами в более медленно движущемся окружающем веществе. Из-за того, что водородная линия прояснилась еще долго после того, как сверхновая была впервые обнаружена, астрономы пришли к выводу, что диск содержит плотные комки и был на месте задолго до того, как белый карлик взорвался.
«Эти потрясающие результаты позволяют предположить, что прародитель SN 2002ic был удивительно похож на объекты, которые знакомы астрономам в нашем собственном Млечном Пути, а именно протопланетарные туманности», - говорит Ван. Многие из этих туманностей являются остатками унесенных внешних оболочек звезд Асимптотической Гигантской Ветви. Такие звезды при быстром вращении сбрасывают тонкие неровные диски.
Вопрос времени
Чтобы белый карлик смог собрать достаточно материала, чтобы достичь предела Чандрасекара, требуется около миллиона лет. В отличие от этого, звезда AGB относительно быстро теряет большое количество вещества; фаза протопланетно-туманности временная, она длится всего несколько сотен или тысяч лет до того, как унесенное вещество рассеется. «Это маленькое окно», - говорит Ван. Недостаточно времени, чтобы оставшееся ядро (само по себе белый карлик) переросло достаточно материала, чтобы взорваться.
Таким образом, более вероятно, что компаньон белого карлика в системе SN 2002ic уже активно собирал вещество задолго до образования туманности. Поскольку протопланетная фаза длится всего несколько сотен лет, и если предположить, что сверхновой типа Ia обычно требуется миллион лет, то только около одной тысячной сверхновых типа Ia, как ожидается, будут напоминать SN 2002ic. Еще меньше будет проявлять свои специфические спектральные и поляриметрические характеристики, хотя «было бы чрезвычайно интересно искать другие сверхновые типа Ia с околозвездным веществом», говорит Ван.
Тем не менее, говорит Дитрих Бааде, главный исследователь проекта поляриметрии, который использовал VLT, «предполагается, что все сверхновые типа Ia в основном одинаковы, что позволяет объяснить наблюдения SN 2002ic».
Бинарные системы с различными орбитальными характеристиками и различными типами спутников на разных этапах эволюции звезды могут по-прежнему вызывать аналогичные взрывы через аккреционную модель. Бааде отмечает: «Кажущийся необычным случай SN 2002ic дает убедительные доказательства того, что эти объекты на самом деле очень похожи, о чем свидетельствует потрясающее сходство их кривых блеска».
Показывая распределение газа и пыли, спектрополяриметрия продемонстрировала, почему сверхновые типа Ia так похожи, хотя массы, возраст, эволюционные состояния и орбиты их систем-предшественников могут так сильно различаться.
Лаборатория Беркли - это национальная лаборатория Министерства энергетики США, расположенная в Беркли, Калифорния. Он проводит несекретные научные исследования и управляется Калифорнийским университетом. Посетите наш сайт по адресу http://www.lbl.gov.
Первоначальный источник: пресс-релиз Berkeley Lab
