БЕРКЛИ, Калифорния - Измеряя поляризованный свет от необычной взорвавшейся звезды, международная группа астрофизиков и астрономов разработала первое подробное изображение сверхновой типа Ia и отличительной звездной системы, в которой она взорвалась.
Используя Очень Большой Телескоп Европейской южной обсерватории в Чили, исследователи определили, что сверхновая 2002ic взорвалась внутри плоского, плотного, комковатого диска из пыли и газа, ранее сдутого звездой-компаньоном. Их работа предполагает, что этот и некоторые другие предшественники сверхновых типа Ia напоминают объекты, известные как протопланетные туманности, хорошо известные в нашей собственной галактике Млечный Путь.
Лифан Ван из Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли, Дитрих Бааде из Европейской южной обсерватории (ESO), Питер Хёфлих и Дж. Крейг Уиллер из Техасского университета в Остине, Кодзи Кавабата из Национальной астрономической обсерватории Японии и Кеничи Номото из Токийского университета сообщает о своих выводах в выпуске Astrophysical Journal Letters от 20 марта 2004 г.
Приведение сверхновых к типу
Сверхновые обозначаются в соответствии с элементами, видимыми в их спектрах: в спектрах типа I отсутствуют линии водорода, а в спектрах типа II они есть. Что делает SN 2002ic необычной, так это то, что ее спектр во всем остальном напоминает типичную сверхновую типа Ia, но имеет сильную эмиссионную линию водорода.
Сверхновые типа II и некоторые другие 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 Беркли, пионер в области спектрополяриметрии сверхновых. «В типе Ia нет водорода или гелия, но много железа, плюс радиоактивный никель, кобальт и титан, немного кремния и немного углерода и кислорода. Таким образом, один из его прародителей должен быть старой звездой, которая эволюционировала, чтобы оставить позади углеродно-кислородного белого карлика. Но углерод и кислород, как ядерное топливо, не сгорают легко. Как белый карлик может взорваться?"
Наиболее широко распространенные модели типа Ia предполагают, что белый карлик размером примерно с Землю, но с большей массой Солнца, аккрецирует вещество от орбитального компаньона до тех пор, пока не достигнет 1,4 массы Солнца, известного как Чандрасекар. предел. Теперь сверхплотный белый карлик воспламеняется в мощном термоядерном взрыве, не оставляя после себя ничего, кроме звездной пыли.
Другие схемы включают слияние двух белых карликов или даже одинокого белого карлика, который повторно срастается с материей, сброшенной его более молодым я. Однако, несмотря на три десятилетия поисков, до открытия и последующих спектрополяриметрических исследований SN 2002ic не было убедительных доказательств ни одной модели.
В ноябре 2002 года Майкл Вуд-Вейси и его коллеги из соседней фабрики сверхновых при Министерстве энергетики, расположенной в лаборатории Беркли, сообщили об открытии сверхновой SN 2002ic, вскоре после того, как ее взрыв был зафиксирован почти в миллиарде световых лет от Земли. безымянная галактика в созвездии Рыб.
В августе 2003 года Марио Хамуй из Обсерватории Карнеги и его коллеги сообщили, что источником большого количества богатого водородом газа в SN 2002ic, скорее всего, была так называемая звезда асимптотической гигантской ветви (AGB). на заключительных фазах своей жизни, с массой в три-восемь раз превышающей солнечную - как раз такая звезда, которая после того, как сдует внешние слои водорода, гелия и пыли, оставит после себя белого карлика.
Более того, эта, казалось бы, противоречивая сверхновая - сверхновая типа Ia с водородом - на самом деле была похожа на другие сверхновые, богатые водородом, ранее обозначенные как тип IIn. Это, в свою очередь, предполагает, что, хотя сверхновые типа Ia действительно очень похожи, между их прародителями могут быть большие различия.
Поскольку сверхновые типа Ia так похожи и так ярки - так же ярки, как целые галактики, - они стали наиболее важными астрономическими эталонными свечами для измерения космических расстояний и расширения Вселенной. В начале 1998 года, проанализировав десятки наблюдений далеких сверхновых типа Ia, члены проекта Министерства энергетики по космологии сверхновых, базирующегося в лаборатории Беркли, вместе со своими соперниками из группы по поиску сверхновых с высоким Z, базирующейся в Австралии, объявили об удивительном открытии: расширение Вселенной ускоряется.
Космологи впоследствии установили, что более двух третей Вселенной состоит из таинственного чего-то, получившего название «темная энергия», которая растягивает пространство и вызывает ускорение расширения. Но больше информации о темной энергии будет зависеть от тщательного изучения многих более отдаленных сверхновых типа Ia, включая лучшее знание того, какие звездные системы вызывают их.
Изображение структуры с помощью спектрополяриметрии
Спектрополяриметрия SN 2002ic дала самую подробную картину системы типа Ia. Поляриметрия измеряет ориентацию световых волн; например, солнцезащитные очки Polaroid «измеряют» горизонтальную поляризацию, когда они блокируют часть света, отраженного от плоских поверхностей. Однако в таких объектах, как облако пыли или звездный взрыв, свет не отражается от поверхностей, а рассеивается частицами или электронами.
Если облако пыли или взрыв имеют сферическую форму и равномерно гладкие, все ориентации одинаково представлены, а результирующая 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 при весьма заметных асимметриях сетевая поляризация редко превышает один процент. Таким образом, спектрополяриметрическому прибору ESO было сложно измерить слабую сверхновую SN 2002ic, даже используя мощный Очень Большой Телескоп. Потребовалось несколько часов наблюдений в четыре разные ночи, чтобы получить необходимые высококачественные поляриметрические и спектроскопические данные.
Наблюдения команды были сделаны почти через год после того, как SN 2002ic был впервые обнаружен. Сверхновая стала намного тусклее, но ее заметная линия излучения водорода была в шесть раз ярче. С помощью спектроскопии астрономы подтвердили наблюдения Хамуя и его коллег о том, что выбросы, расширяющиеся наружу от взрыва с высокой скоростью, столкнулись с окружающим плотным, богатым водородом веществом.
Только новые поляриметрические исследования, однако, смогли показать, что большая часть этого вещества имеет форму тонкого диска. Поляризация, вероятно, возникла из-за взаимодействия высокоскоростных выбросов взрыва с частицами пыли и электронами в более медленно движущемся окружающем веществе. Из-за того, что линия водорода стала ярче спустя долгое время после того, как сверхновая была впервые обнаружена, астрономы пришли к выводу, что диск включал плотные сгустки и находился на месте задолго до того, как белый карлик взорвался.
«Эти поразительные результаты свидетельствуют о том, что прародитель SN 2002ic был удивительно похож на объекты, знакомые астрономам в нашем Млечном Пути, а именно на протопланетные туманности», - говорит Ван. Многие из этих туманностей являются остатками сдутых внешних оболочек звезд асимптотической ветви гигантов. Такие звезды при быстром вращении образуют тонкие диски неправильной формы.
Вопрос времени
Белому карлику, чтобы собрать достаточно материала, чтобы достичь предела Чандрасекара, требуется миллион лет или около того. Напротив, звезда AGB относительно быстро теряет большое количество вещества; фаза протопланетной туманности преходяща, длится всего несколько сотен или тысяч лет, прежде чем рассеется сдуваемое вещество. «Это маленькое окно, - говорит Ван, - слишком мало времени, чтобы оставшееся ядро (само по себе являющееся белым карликом) вновь накопило достаточно материала для взрыва.
Таким образом, более вероятно, что компаньон-белый карлик в системе SN 2002ic уже усердно собирал материю задолго до образования туманности. Поскольку протопланетная фаза длится всего несколько сотен лет, и если предположить, что для эволюции сверхновой типа Ia обычно требуется миллион лет, ожидается, что только около тысячной части всех сверхновых типа Ia будет напоминать SN 2002ic. Еще меньшее количество проявит свои специфические спектральные и поляриметрические особенности, хотя «было бы чрезвычайно интересно искать другие сверхновые типа Ia с околозвездной материей», - говорит Ван..
Тем не менее, говорит Дитрих Бааде, главный исследователь поляриметрического проекта, в котором использовался VLT, «именно предположение, что все сверхновые типа Ia в основном одинаковы, позволяет объяснить наблюдения SN 2002ic».
Двойные системы с разными орбитальными характеристиками и разными типами компаньонов на разных стадиях звездной эволюции все еще могут вызывать подобные взрывы в соответствии с моделью аккреции. Бааде отмечает: «Кажущийся необычным случай с SN 2002ic убедительно свидетельствует о том, что эти объекты на самом деле очень похожи, о чем свидетельствует ошеломляющее 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.
«Об излучении водорода сверхновой типа Ia 2002ic», написанная Лифаном Ваном, Дитрихом Бааде, Петером Хёфлихом, Дж. Крейгом Уилером, Кодзи Кавабатой и Кеничи Номото, опубликована в выпуске журнала от 20 марта 2004 г. Astrophysical Journal Letters (том 604, № 1, часть 2, стр. L53).
The Berkeley Lab - национальная лаборатория Министерства энергетики США, расположенная в Беркли, штат Калифорния. Он проводит несекретные научные исследования и управляется Калифорнийским университетом. Посетите наш веб-сайт по адресу