В среду, 27 августа 2014 года, в журнале Nature вышла статья, среди авторов которой российские астрофизики, представляющих Институт космических исследований РАН, ИНАСАН и МФТИ. В статье сообщается об уникальном открытии — первом в истории наблюдении гамма-излучения от сверхновой звезды типа Iа. Свет от вспышки достиг Земли 15 января 2014 года, и через 50 дней после этого гамма-кванты от термоядерного взрыва, который произошел 11 млн лет назад в галактике М82, зарегистрировала международная астрофизическая лаборатория гамма-лучей ИНТЕГРАЛ — проект Европейского космического агентства совместно с Роскосмосом и NASA, в котором российские ученые имеют четверть всего наблюдательного времени. Корреспондент «Научной России» Алексей Паевский побеседовал с Евгением Чуразовым, первым автором статьи, членом-корреспондентом РАН, ведущим научным сотрудником ИКИ РАН, заместителем научного руководителя планируемой к запуску в 2016 году орбитальной обсерватории Спектр-Рентген-Гамма.
Давайте для начала уточним: что такое «сверхновая типа Iа» и почему она называется SN2014J.
Сверхновые Iа — это очень особый и важный тип вспышек сверхновых звёзд. Он связан с так называемым фундаментальным пределом Чандрасекара, который ограничивает массу белых карликов в 1,4 массы Солнца. Если масса достигает этого предела, происходит термоядерный взрыв, вспышка сверхновой. Каким образом масса достигает этого предела? Существует несколько сценариев. Один из них, самый первый и самый простой — это перетекание газа в двойной системе с обычной звезды на белый карлик. Другой — это слияние двух белых карликов. Есть и более экзотические сценарии.
Что же касается названия, то первые две буквы означают Supernova — «Сверхновая». Четыре цифры — это год открытия. А дальше всё просто: первые 26 сверхновых текущего года получают однобуквенные обозначения, в окончании имени, из заглавных букв от A до Z. Остальные сверхновые получают двухбуквенные обозначения из строчных букв: aa, ab, и так далее. Так что заметно, что SN2014J была уже десятой сверхновой, открытой в 2014 году. Но важно, что она была очень близкой и имела тип Ia.
Сверхновая взорвалась в 11 миллионах световых годах от нас. Неужели это близко?
Конечно, было бы гораздо интереснее, если бы сверхновая взорвалась бы в нашей галактике. Тогда мы могли бы изучить все нюансы взрыва и гораздо тоньше разобраться в механизмах сверхновой типа Iа. Однако последний раз такое случалось в 1604 году во времена Бориса Годунова. Это была так называемая Сверхновая Кеплера, которая вспыхнула 9 октября 1604 года в 20 000 световых годах — в 500 раз ближе. Ее было видно невооружённым глазом, но увы, тогда не было космических гамма-телескопов. Поэтому сейчас нам приходится «вытягивать» данные практически на пределе чувствительности. И всё-таки галактика М82 — это по меркам современной астрономии, очень близко. Практически окрестности нашей Галактики. И это первая сверхновая типа Ia в истории орбитальной астрономии, которая вспыхнула в досягаемости космического гамма-телескопа.
Везение?
Можно сказать и так. Кстати, это не первый случай такого везения. В 1987 году в Большом Магеллановом облаке вспыхнула сверхновая II типа, SN1987A. Тоже «близко» — всего 179 тыс. световых лет. Тоже самая близкая сверхновая своего типа. Такие сверхновые образуются по другому механизму, в процессе коллапса массивной звезды с образованием нейтронной звезды или чёрной дыры. Незадолго до этого события заработала обсерватория «Рентген» на модуле «Квант» орбитальной станции Мир. И тогда удалось открыть гамма-излучение от сверхновой типа II.
Как проходили наблюдения?
15 января 2014 года свет от вспышки сверхновой достиг Земли. Сама сверхновая взорвалась 11 млн лет назад, за это время некоторые звёзды успевают сформироваться и взорваться. Звезду «случайно» открыли в Лондоне 21 января, астроном Стив Фосси со студентами.
Первое время вещество звезды непрозрачно для гамма-квантов, рождающихся в глубоких слоях разлетающейся оболочки, тем не менее, было принято решение немедленно начать наблюдения. Мы благодарны российскому программному комитету Интеграл, который принял два непростых для него решения: прервать плановую программу наблюдений и выделить нам миллион секунд для наблюдения.
Кроме этого, мы воспользовались данными Сергея Сазонова из ИКИ и МФТИ, который наблюдал на ИНТЕГРАЛе эту же галактику в 2013 году. Логично было посмотреть на предыдущие данные, чтобы исключить другие потенциальные гамма-источники.
Миллион?
Да, гамма-кванты приходится долго накапливать на детекторах, поэтому время наблюдения всех гамма-телескопов обычно очень большое. Мы наблюдали гамма-излучение звезды с 50 по 100 день с момента вспышки, а суммарное время наблюдений, как вы видите, составило более месяца.
И какие результаты и выводы можно сделать? Что подтверждено, что опровергнуто?
Наши наблюдения между 50-ым и 100-ым днями с момента взрыва надежно зарегистрировали излучение в двух наиболее мощных гамма-линиях распада радиоактивного кобальта 56Co на энергиях 847 и 1237 кэВ, а также континуум на энергии в сотни кэВ. Зафиксированный поток свидетельствует, что около 0,6 массы Солнца радиоактивного никеля было синтезировано в процессе термоядерного взрыва звезды. На 75-ый день светимость сверхновой в гамма-лучах уже в три раза превышала оптическую. Наблюдаемая ширина линий говорит о том, что характерная скорость разлета вещества сверхновой составляет около 10 000 км/с.
Все эти параметры неплохо согласуются с предсказаниями самых простых сценариев эволюции белых карликов, которые говорят, что взрыв происходит в результате постепенного повышения массы вплоть до Чандрасекаровского предела в 1,4 массы Солнца, хотя нельзя отвергнуть и гипотезу о слиянии двух белых карликов. А вот более «экзотические» варианты уже не всегда согласуются с нашими наблюдениями. Данные обсерватории ИНТЕГРАЛ после 50-го дня с момента взрыва согласуются с «каноническими» свойствами сверхновых типа Ia, что и делает их «стандартными свечами» для определения растояний во Вселенной.
Еще раз подчеркну, что именно наблюдения гамма-излучения вспышки сверхновой позволяет фактически увидеть ее насквозь, а не только внешние слои, которые видно в оптике. И именно этим важно наше открытие.
Правильно ли я понимаю, что ИНТЕГРАЛ сейчас — это единственная гамма-обсерватория в космосе? Ведь единственная из четырёх «великих обсерваторий NASA», которая завершила работу — это как раз Комптоновская гамма-обсерватория, CGRO?
В своем диапазоне ИНТЕГРАЛ — действительно сейчас единственный инструмент. Есть обсерватория Fermi, которая работает с гораздо большими энергиями: сотни МэВ и выше, есть несколько рентгеновских обсерваторий, например, Chandra или XMM-Newton, которые работают с меньшими энергиями. Ближе всего к нам обсерватория NuStar, которая представляет собой длинные конические зеркала, фокусирующие высокоэнергетичные кванты на детектор, тогда как в ИНТЕГРАЛе использован принцип синтезированной апертуры. Однако NuStar работает с квантами с энергией от 7 до 80 кэВ. Так что инструмент, который наблюдает небо в диапазоне энергий от сотни кэВ до нескольких МэВ только один — ИНТЕГРАЛ.
Гамма-телескоп ИНТЕГРАЛ на орбите в этом году отпразднует дюжину лет и, разумеется, наблюдения сверхновой — не первый его результат. Какие предыдущие достижения обсерватории можно отметить?
За двенадцать лет было получено много интересных результатов. Можно отметить построение жесткой рентгеновской карты всего неба с рекордной чувствительностью в области галактической плоскости и выделенных внегалактических полей; открытие новых популяций рентгеновских источников, наблюдения линий радиоактивного титана-44 от сверхновой второго типа (SN 1987А — той самой, в Большом Магеллановом облаке); наблюдения рентгеновского фона, используя Землю в качестве экрана; изучение природы рентгеновского «хребта» Галактики; исследование аннигиляции позитронов в центре Галактики и много другое. Об этом вы можете прочесть на веб-сайте отдела астрофизики высоких энергий ИКИ РАН: http://hea.iki.rssi.ru/ru/index.php.
Фото превью: Wikimedia Commons
