Сверхновые являются одними из самых энергичных и мощных событий в наблюдаемой Вселенной. И хотя мы знаем, что сверхновые ответственны за создание тяжелых элементов, необходимых для всего, от планет до людей и электроинструментов, ученые долго пытались определить механику, стоящую за внезапным коллапсом и последующим взрывом массивных звезд.
Теперь, благодаря миссии НАСТАР в НАСА, у нас есть первые надежные подсказки о том, что происходит до того, как звезда «взлетит».
На изображении выше показана остатка сверхновой Кассиопея A (или Cas A для краткости) с данными NuSTAR в синем и наблюдения из рентгеновской обсерватории Чандра в красном, зеленом и желтом. Это ударная волна, оставшаяся от взрыва звезды, примерно в 15-25 раз более массивная, чем наше Солнце более 330 лет назад *, и она светится на различных длинах волн света в зависимости от температуры и типов присутствующих элементов.
Предыдущие наблюдения с Чандрой показали рентгеновское излучение от расширяющихся оболочек и нитей горячего газа, богатого железом в Cas A, но они не могли всмотреться достаточно глубоко, чтобы лучше понять, что находится внутри структуры. Лишь после того, как массив Ядерно-спектроскопического телескопа НАСА - это NuSTAR для тех, кто в курсе - повернул свое рентгеновское видение на Cas A, можно было найти недостающие кусочки головоломки.
И они сделаны из радиоактивного титана.
Многие модели были сделаны (используя миллионы часов суперкомпьютерного времени), чтобы попытаться объяснить сверхновые коллапса ядра. Одной из ведущих является звезда, разорванная на части мощными струями, которые стреляют с ее полюсов - что связано с еще более мощными (но сфокусированными) гамма-всплесками. Но не похоже, что джеты были причиной появления Cas A, которая не имеет элементных остатков в струйных структурах ... и, кроме того, модели, использующие только джеты, не всегда приводили к полномасштабной сверхновой.
Как выясняется, наличие асимметричных скоплений радиоактивного титана в глубине оболочек Cas A, обнаруженных в рентгеновских лучах высоких энергий NuSTAR, указывает на удивительно иной процесс: «выплескивание» материала внутри предшественника звезда, которая запускает ударную волну, в конечном счете, разрывая ее на части.
Посмотрите анимацию того, как происходит этот процесс:
Выплескивание, которое происходит в течение всего лишь пары сотен миллисекунд - буквально в мгновение ока - сравнивается с кипящей водой на плите. Когда пузырьки пробиваются сквозь поверхность, пар прорывается.
Только в этом случае извержение приводит к безумно мощной детонации всей звезды, взрыву ударной волны частиц высоких энергий в межзвездной среде и рассеиванию периодической таблицы тяжелых элементов в галактике.
В случае Cas A титан-44 выбрасывался в виде комков, повторяющих форму исходной асимметрии выплескивания. NuSTAR смог отобразить и нанести на карту титан, который светится в рентгеновских лучах из-за его радиоактивности (а не потому, что он нагревается от расширяющихся ударных волн, как и другие более легкие элементы, видимые Чандре).
«Пока у нас не было NuSTAR, мы действительно не могли заглянуть в суть взрыва», - сказал астроном из Калифорнии Брайан Грефенштетт во время телеконференции НАСА 19 февраля.
«Раньше было трудно интерпретировать то, что происходило в Cas A, потому что материал, который мы могли видеть, светился только в рентгеновских лучах, когда он нагревался. Теперь, когда мы можем видеть радиоактивный материал, который светится в рентгеновских лучах, несмотря ни на что, мы получаем более полную картину того, что происходило в основе взрыва ».
- Брайан Грефенштетт, ведущий автор, Caltech
Хорошо, так здорово, вы говорите. NuSTAR НАСА обнаружил свечение титана в остатках взорвавшейся звезды, Чандра увидел железо, и мы знаем, что оно выплеснулось и «вскипело» за долю секунды до того, как взорвалось. И что?
«Теперь вам следует позаботиться об этом», - сказал астроном Роберт Киршнер из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики. «Сверхновые создают химические элементы, поэтому, если вы купили американскую машину, она не была сделана в Детройте два года назад; атомы железа в этой стали были изготовлены в результате взрыва древней сверхновой, произошедшего пять миллиардов лет назад. И NuSTAR показывает, что титан, который находится в запасном бедре вашего дяди Джека, также был сделан во время этого взрыва.
«Мы все звездная пыль, и NuSTAR показывает нам, откуда мы пришли. Включая наши запасные части. Значит, тебе следует позаботиться об этом ... как и твой дядя Джек.
И это не только сверхновые с коллапсом ядра, которые NuSTAR сможет исследовать. Другие типы сверхновых также будут изучены - в случае SN2014J, типа Ia, который был обнаружен в M82 в январе, даже сразу после того, как они произошли.
«Мы знаем, что это тип звезды белого карлика, которая взрывается», - сказала в ходе телеконференции журнал Space Space, главный исследователь NuSTAR Фиона Харрисон. «Это очень интересные новости ... NuSTAR смотрит на [SN2014J] уже несколько недель, и мы надеемся, что сможем что-то сказать и об этом взрыве».
Одним из наиболее ценных достижений недавних открытий NuSTAR является наличие нового набора наблюдаемых ограничений для будущих моделей сверхновых звезд с коллапсом ядра ... которые помогут дать ответы - и, вероятно, новые вопросы - о том, как звезды взрываются, даже сотни или тысячи лет после того, как они делают.
«NuSTAR является пионером в науке, и вы должны ожидать, что когда вы получите новые результаты, он откроет столько вопросов, сколько вы ответите», - сказал Киршнер.
Запущенный в июне 2012 года, NuSTAR является первым рентгеновским телескопом с фокусировкой на орбите Земли и первым телескопом, способным создавать карты радиоактивных элементов в остатках сверхновых.
Читайте больше о выпуске новостей JPL здесь и слушайте полную пресс-конференцию здесь.
* Поскольку Кас А находится на расстоянии 11 000 световых лет от Земли, фактическая дата появления сверхновой была бы около 11 330 лет назад. Дайте или возьмите несколько.
