Когда звезды достигают конца своего жизненного цикла, многие взрывают свои внешние слои в результате взрывного процесса, известного как сверхновая. Хотя астрономы узнали много нового об этом явлении, благодаря сложным приборам, способным изучать их на нескольких длинах волн, мы еще многое не знаем о сверхновых и их остатках.
Например, до сих пор остаются нерешенными вопросы о механизмах, которые приводят в действие ударные волны от сверхновой. Однако международная группа исследователей недавно использовала данные, полученные рентгеновской обсерваторией Чандра близлежащей сверхновой (SN1987A), и новое моделирование для измерения температуры атомов в результирующей ударной волне.
Исследование, озаглавленное «Бесстолкновительный ударный нагрев тяжелых ионов в SN 1987A», недавно появилось в научном журнале. Природа. Команду возглавляли Марко Мицели и Сальваторе Орландо из Университета Палермо, Италия, и в ее состав входили члены Национального института астрофизики (INAF), Института прикладных проблем механики и математики, а также штата Пенсильвания и Северо-западного университета ,
Ради их исследования команда объединила наблюдения Чандры SN 1987A с имитациями для измерения температуры атомов в ударной волне сверхновой. Таким образом, команда подтвердила, что температура атомов связана с их атомным весом, и этот результат отвечает на давний вопрос о ударных волнах и механизмах, которые их приводят в действие.
Как сказал Дэвид Барроуз, профессор астрономии и астрофизики в Penn State и соавтор исследования, в пресс-релизе Penn State:
«Взрывы сверхновых и их остатки создают космические лаборатории, которые позволяют нам исследовать физику в экстремальных условиях, которые невозможно воспроизвести на Земле. Современные астрономические телескопы и приборы, как наземные, так и космические, позволили нам провести детальные исследования остатков сверхновых в нашей галактике и близлежащих галактиках. Мы проводили регулярные наблюдения остатка сверхновой SN1987A с использованием рентгеновской обсерватории Чандра НАСА, лучшего рентгеновского телескопа в мире, вскоре после запуска Чандры в 1999 году, и использовали моделирование для ответа на давние вопросы о ударных волнах ».
Когда крупные звезды подвергаются гравитационному коллапсу, результирующий взрыв продвигает материал наружу со скоростью до одной десятой скорости света, толкая ударные волны в окружающий межзвездный газ. Там, где ударная волна встречает медленно движущийся газ, окружающий звезду, у вас есть «фронт удара». Эта переходная зона нагревает холодный газ до миллионов градусов и приводит к излучению рентгеновского излучения, которое можно наблюдать.
Некоторое время астрономы интересовались этой областью ударной волны сверхновой, поскольку она знаменует собой переход между взрывной силой умирающей звезды и окружающего газа. Берроуз сравнил это:
«Переход подобен тому, который наблюдается в кухонной раковине, когда высокоскоростной поток воды попадает в раковину, плавно перетекая наружу, пока он не резко скачет по высоте и не станет турбулентным. Ударные фронты широко изучались в атмосфере Земли, где они встречаются в чрезвычайно узком регионе. Но в космосе ударные переходы являются постепенными и могут не воздействовать на атомы всех элементов одинаково ».
Исследуя температуры различных элементов за фронтом удара сверхновой, астрономы надеются улучшить наше понимание физики процесса удара. Хотя ожидается, что температура элементов будет пропорциональна их атомному весу, получить точные измерения было сложно. Мало того, что предыдущие исследования привели к противоречивым результатам, они также не смогли включить тяжелые элементы в свои анализы.
Чтобы решить эту проблему, команда посмотрела на сверхновую SN1987A, которая находится в Большом Магеллановом облаке и впервые стала очевидной в 1987 году. Помимо того, что она была первой сверхновой, которая была видна невооруженным глазом со времен Сверхновой Кеплера (1604), она была Сначала изучать на всех длинах волн света (от радиоволн до рентгеновских и гамма-волн) с помощью современных телескопов.
В то время как предыдущие модели SN 1987A, как правило, основывались на отдельных наблюдениях, исследовательская группа использовала трехмерные численные моделирования, чтобы показать эволюцию сверхновой. Затем они сравнили их с рентгеновскими наблюдениями, предоставленными Чандрой, чтобы точно измерить атомные температуры, что подтвердило их ожидания.
«Теперь мы можем точно измерить температуры таких тяжелых элементов, как кремний и железо, и показали, что они действительно следуют соотношению, согласно которому температура каждого элемента пропорциональна атомному весу этого элемента», - сказал Барроуз. «Этот результат решает важную проблему в понимании астрофизических ударных волн и улучшает наше понимание процесса шока».
Это последнее исследование представляет значительный шаг для астрономов, приближая их к пониманию механики сверхновой. Раскрывая их секреты, мы узнаем больше о процессе, который является фундаментальным для космической эволюции, и как смерть звезд влияет на окружающую Вселенную.
