Астрономы из США, Японии и Израиля обнаружили новый тип звездного взрыва – сверхновую с захватом электронов. Хотя теоретически такие взрывы уже известны в течение 40 лет, реальные примеры невозможно было поймать. Такие сверхновые возникают в результате взрывов звезд, в восемь-девять раз превышающих массу Солнца. Это открытие также проливает новый свет на тысячелетнюю тайну сверхновой звезды 1054 года, которую видели древние астрономы, прежде чем она в конечном итоге превратилась в Крабовидную туманность, которую мы знаем сегодня, передает портал EurekAlert!. О своем открытии ученые сообщили в журнале Nature Astronomy.
Исследование посвящено сверхновой SN2018zd, обнаруженной в 2018 году. Эта сверхновая, расположенная в галактике NGC 2146, обладает всеми свойствами, ожидаемыми от сверхновой с захватом электронов, которых не было ни у одной другой сверхновой. Кроме того, поскольку сверхновая находится относительно близко – всего в 31 миллионе световых лет от нас, – исследователи смогли найти звезду на архивных изображениях до взрыва, сделанных космическим телескопом «Хаббл». Действительно, сама звезда также соответствует предсказаниям о типе звезды, которая должна взорваться как сверхновая, захватывающая электрон, и не похожа на звезды, которые взорвались, как другие типы сверхновых.
В то время как некоторые сверхновые, обнаруженные в прошлом, имели несколько индикаторов, предсказанных для сверхновых с захватом электронов, только SN2018zd имел все шесть: звезда-прародитель, которая соответствует ожидаемому диапазону масс, сильная потеря массы до сверхновой, необычный химический состав, слабый взрыв, малая радиоактивность и богатый нейтронами материал.
Вспышка сверхновой – это взрыв звезды в результате внезапного дисбаланса между двумя противостоящими силами, которые формировали звезду на протяжении всей ее жизни. Гравитация пытается сжать каждую звезду. Наше Солнце, например, уравновешивает эту силу за счет ядерного синтеза в его ядре, который создает давление, противодействующее гравитационному притяжению. Пока существует достаточно ядерного синтеза, гравитация не сможет коллапсировать звезду. Однако в конце концов ядерный синтез останавливается – как в машине заканчивается газ – и звезда схлопывается. Для звезд, подобных Солнцу, коллапсировавшее ядро называется белым карликом. Этот материал в белых карликах настолько плотен, что квантовые силы между электронами предотвращают дальнейший коллапс.
Однако для звезд, в 10 раз более массивных, чем наше Солнце, квантовых сил электронов недостаточно, чтобы остановить гравитационное притяжение, и ядро продолжает коллапсировать, пока не станет нейтронной звездой или черной дырой, сопровождаемой гигантским взрывом. В промежуточном диапазоне масс электроны сжимаются (или, точнее, захватываются) на атомные ядра. Это устраняет квантовые силы электронов и заставляет звезду коллапсировать, а затем взрываться.
Исторически сложилось так, что существует два основных типа сверхновых. Один из них – термоядерная сверхновая – взрыв белого карлика после того, как он приобрел материю в двойной звездной системе. Эти белые карлики представляют собой плотные ядра, которые остаются после того, как маломассивная звезда (которая примерно в восемь раз массивнее Солнца) достигает конца своей жизни. Другой основной тип сверхновой – это сверхновая с коллапсом ядра, когда у массивной звезды – масса которой примерно в 10 раз больше массы Солнца – заканчивается ядерное топливо, и ее ядро коллапсирует, образуя черную дыру или нейтронную звезду. Теоретическая работа предполагала, что сверхновые с захватом электронов могут возникать на границе между этими двумя типами сверхновых.
Эта теория была разработана в 1980-х годах. На протяжении десятилетий теоретики предсказывали, что нужно искать в сверхновой, захватывающей электрон. Звезды должны потерять большую массу определенного состава перед взрывом, а сама сверхновая должна быть относительно слабой, иметь мало радиоактивных осадков и производить элементы, богатые нейтронами.
Новые открытия также проливают свет на некоторые загадки одной из самых известных сверхновых звезд прошлого. В 1054 году нашей эры в нашей галактике Млечный Путь произошел взрыв сверхновой, и, согласно китайским и японским записям, событие было настолько ярким, что его можно было увидеть днем. Образовавшийся остаток, Крабовидная туманность, был детально изучен, и было обнаружено, что он имеет необычный состав. Раньше он был лучшим кандидатом на роль сверхновой с захватом электронов, но это было сомнительно – отчасти потому, что взрыв произошел почти тысячу лет назад. Новый результат увеличивает уверенность в том, что историческая сверхновая 1054 года была сверхновой с захватом электрона.
[Фото: NASA/STSCI/J. DEPASQUALE; LAS CUMBRES OBSERVATORY]
