Кубанский государственный технологический университет

Сверхновая в прямом эфире

12-12-2011
Необычайно мощная сверхновая звезда в созвездии Овна, которая затмевает целую галактику. Слева участок неба до взрыва (снимок Слоановского цифрового обзора неба), справа звезда во время вспышки (снимок космического телескопа «Свифт»). Изображения с сайта www.physorg.com

Звездные ночи позволяют увидеть на небе массу удивительных объектов. Один из них, который сейчас с большим интересом наблюдают астрономы, не найти даже в сильный любительский телескоп, хотя излучает он как целая галактика.

Если в полночь начала сентября вы посмотрите на восток, то увидите восходящие созвездия Овна и Тельца. В созвездии Тельца есть группа звезд под названием Плеяды. Мысленно проведя линию в 10 градусов к западу от Плеяд, вы не увидите... ничего. Но именно в этой точке небосвода находится объект, который каждые несколько секунд испускает столько энергии, сколько наше Солнце способно излучить лишь за несколько миллиардов лет!

Сверхновые звезды взрываются, когда истекает время их жизни, которое напрямую зависит от массы. Чем больше масса звезды, тем меньше она живет. Звезды с массой 100 солнц живут всего несколько миллионов лет (!) и, как правило, заканчивают свое существование мощным взрывом, сбрасывая с себя внешнюю оболочку и разрушая все планеты в данной системе. Следует сказать, что нашему Солнцу взрыв не грозит, так как критическая масса, которую должна иметь звезда, чтобы стать сверхновой, равна 1,5 солнечных.

Взрыв происходит после сгорания термоядерного топлива звезды — водорода и последующих, образованных во время реакций, элементов. Сначала водород превращается в гелий, затем гелий превращается в углерод, и так до тех пор, пока очередь не дойдет до железа. Поскольку для образования атомов железа требуется гораздо большее количество энергии, которую звезда дать уже не способна, термоядерные реакции прекращаются.

Но такие реакции поддерживают устойчивость (баланс) звезды, при котором сила тяготения уравновешивается давлением внутренних конвективных потоков. Поэтому после появления дисбаланса ядро звезды катастрофически сжимается (сила тяжести у поверхности звезды резко падает), а освобожденная внешняя оболочка стремительно вырывается в открытое космическое пространство со скоростью около 10 000 км/сек. С такой скоростью можно долететь до Луны за полминуты!

Звезды в нашей Галактике взрываются примерно раз в 50 лет, но с Земли наблюдать удается лишь одну за несколько столетий. Это связано с тем, что все звезды находятся в галактической плоскости, и если какая-то из них вспыхнет по ту сторону центра Млечного Пути, то мы ее не увидим. Если же звезды вспыхивали достаточно близко к Земле, то они сияли на небосводе ярче Венеры и были видны даже днем. Современниками сверхновых в Млечном Пути были Тихо Браге (он наблюдал сверхновую в 1572 году) и Иоганн Кеплер (1604 год), а китайские летописи донесли до нас сведения о «звезде-гостье», которая появилась на небосводе в 1054 году.

23 февраля 1987 года вспыхнула сверхновая в Магеллановом облаке, но ученые смогли приступить к ее исследованиям только лишь через некоторое время после ее обнаружения. Однако для полноценных научных исследований необходимо проследить за сверхновой с первых секунд ее рождения. Это чрезвычайно трудная задача. Каким образом можно поймать вспышку, да еще произвести в то же время анализ излучения звезды?

Расположение сверхновой звезды на фоне созвездий. Изображение программы-планетария Starrynight3.11

Ждать близких вспышек в нашей Галактике, которые случаются с периодичностью в сотни лет, нереально. Но к счастью, галактик, подобных нашей, во Вселенной великое множество, и шансов обнаружить сверхновую в какой-либо из них гораздо больше. При этом, как ни парадоксально, большое расстояние играет положительную роль, так как чем дальше звезда, тем более мощную вспышку можно зафиксировать.

Выход был найден в запуске на орбиту космической обсерватории «Свифт» (Swift, буквально «Быстрый»), способной в течение нескольких секунд нацелиться на гамма-всплеск, проявивший себя на любом участке небесной сферы (гамма-всплески, англ. gamma-ray burst, GRB — далекие, на расстояниях в миллиарды световых лет, источники кратковременного гамма-излучения). 20 ноября 2004 года телескоп был выведен на орбиту, и почти за два года своей работы зафиксировал несколько сот вспышек гамма-излучения, в результате которых родились новые черные дыры.

Но какое отношение имеют к гамма-всплескам сверхновые звезды? Самое прямое! Несколько процентов самых ярких сверхновых (те, у которых масса превышает 40 солнечных) во время вспышки посылают в пространство своеобразное предупреждение, выражающееся в мощном потоке гамма-лучей. Звезда на космическом языке передает: «Я сейчас вспыхну!» Остается только зафиксировать этот гамма-всплеск и приступить к изучению звезды. Но, увы, несмотря на все старания, ученым долгое время не удавалось «поймать» для изучения такие звезды. И, наконец...

18 февраля 2006 года обсерваторией «Свифт» был принят гамма-всплеск, получивший наименование (по дате) GRB060218, который длился целых 40 секунд (обычное время вспышек гамма-излучения — от миллисекунд до нескольких секунд). За это время удалось зафиксировать всплеск тремя инструментами «Свифта»: телескопом для регистрации гамма-всплесков Burst Alert Telescope (BAT) с приемником гамма-лучей, рентгеновским телескопом X-Ray Telescope (XRT) и телескопом, работающим в ультрафиолетовом и видимом диапазоне, — Ultra-violet/Optical Telescope (UVOT).

Источник излучения находился в созвездии Овна на очень близком расстоянии к Земле (для гамма-всплесков). Он оказался ближе всех своих предшественников в 25 раз — на расстоянии «всего» 440 миллионов световых лет. К изучению объекта немедленно приступил один из крупнейших наземных телескопов — 8,2-метровый Очень большой телескоп (VLT) Европейской южной обсерватории в Чили, а также трехметровый рефлектор Обсерватории Lick Shane Университета Калифорнии. Им впервые за всю историю астрономии удалось получить оптическую спектроскопию ударной волны сверхновой.

Энергия, выделяемая при взрыве сверхновых, достигает 1046 джоулей! Иначе, яркость таких вспышек иногда превосходит блеск самой галактики, то есть светимость звезды возрастает до нескольких миллиардов солнц! А сравнительно близкий к Земле взрыв (до нескольких сотен световых лет) способен уничтожить всё живое на нашей планете. Поэтому такие исследования весьма важны для наших потомков, которые благодаря нынешним наблюдениями смогут предсказывать поведение ближайших звезд и предупреждать об опасности.

Пока же астрономам впервые удалось пронаблюдать взрыв сверхновой звезд в реальном времени. Изучение распространения взрывной волны и расширяющейся оболочки будет продолжаться еще долгое время. Но почему ученые обнародовали данные лишь через полгода? Именно столько времени потребовалось, чтобы тщательно проанализировать полученные данные. Результаты исследований опубликованы в журнале Nature от 31 августа, а авторами работ стали более 50 ученых со всего мира.

Сверхновая SN2006aj «вблизи». Изображение с сайта www.universetoday.com

Сверхновая получила название SN2006aj — это означает, что сверхновая звезда (SN) открыта в 2006 году 36-й по счету. Счет ведется по буквам латинского алфавита (в нем 26 букв). Когда количество звезд достигает 27, то 26 предыдущих обозначаются одной (первой) буквой и счет начинается сначала, но буквенная часть принимает вид «аа» (27-я звезда), «аb» (28-я) и т. д. Если звезд больше 26 + 26 = 52, то первая буква изменяется на b, и тогда 53-я звезда будет иметь обозначение «bа», например SN2006ba и т. д.

Итак, SN2006aj стала первой сверхновой, изученной астрономами «вдоль и поперек», причем на самых ранних стадиях. Первые секунды и минуты звездных катаклизмов являются самыми ценными для науки. Именно в самом начале звездных взрывных процессов и процессов, предшествующих взрыву, происходят изменения, способные дать основу для точного описания эволюции звезд.

Как всегда, новое открытие преподнесло новые сюрпризы и опять заставляет пересматривать соответствующие теории. Измерив массу звезды, ученые пришли к выводу, что она не превышает 20 солнечных масс, что ниже предела образования черных дыр после вспышки сверхновых (этот предел составляет 40 масс Солнца). Значит, после вспышки SN2006aj образовалась нейтронная звезда. Но, как правило, при этом происходит выброс рентгеновских лучей высокой энергии, и лишь небольшая доля общего излучения приходится на гамма-лучи. Откуда тогда такой мощный гамма-всплеск, характерный лишь для образования черных дыр?

Это новая загадка для знатоков Вселенной.

Источник: Scientists watch supernova in real-time // PhysOrg.com, 30.08.2006.

Александр Козловский, Астрогалактика

См. также: 1) S. Campana et al. The association of GRB 060218 with a supernova and the evolution of the shock wave // Nature, 442, p. 1008-1010 (31 August 2006). 2) E. Pian et al. An optical supernova associated with the X-ray flash XRF 060218 // Nature, 442, p. 1011-1013 (31 August 2006). 3) A. M. Soderberg et al. Relativistic ejecta from X-ray flash XRF 060218 and the rate of cosmic explosions // Nature, 442, p. 1014-1017 (31 August 2006). 4) Paolo A. Mazzali et al. A neutron-star-driven X-ray flash associated with supernova SN 2006aj // Nature, 442, p. 1018-1020 (31 August 2006).

‹‹