Благодаря исследованиям международной группы астрономов была обнаружена первая взорвавшаяся звезда такого рода, существование которой считалось только теоретическим. Результаты исследования опубликованы в Nature.
В недавнем прошлом открытие сверхновой считалось редким событием. Сегодня передовые измерительные инструменты и методы анализа могут обнаруживать пятьдесят таких взрывов в день, что увеличивает вероятность того, что ученые смогут обнаружить более редкие типы взрывов, которые до сих пор существовали только как теоретические конструкции.
Недавно международная группа ученых во главе с исследователем Авишаем Гал-Ямом из отдела физики элементарных частиц и астрофизики Института Вейцмана обнаружила сверхновую, которую никогда раньше не наблюдали. Это взрыв звезды Вольфа-Райе , типа высокоразвитой звезды, которая теряет большое количество массы из-за интенсивных звездных ветров .
Эволюция звезд Вольфа-Райе
Ядро каждой звезды питается от ядерного синтеза, в котором ядра более легких элементов сливаются вместе, образуя более тяжелые элементы. Слияние четырех ядер водорода дает атом гелия, а слияние нескольких ядер гелия дает углерод, кислород и так далее. Последним элементом, естественным образом образующимся в результате ядерного синтеза, является железо, являющееся наиболее стабильным атомным ядром. В нормальных условиях энергия, генерируемая в ядре звезды, поддерживает очень высокую температуру, что заставляет ее газообразный материал расширяться, удерживая его в равновесии с силой гравитации, которая притягивает массу звезды к ее центру. Когда у звезды закончатся элементы для плавления и она перестанет производить энергию, этот баланс будет нарушен, что приведет либо к образованию черной дыры .это разорвало бы сердце звезды на части, заставив ее схлопнуться само на себя, или звезда взорвалась бы, выпустив во Вселенную тяжелые элементы, расплавленные во время эволюции.
Продолжительность жизни массивных звезд считается относительно короткой, максимум несколько миллионов лет. Для сравнения, время жизни Солнца составляет примерно 10 миллиардов лет. Ядерный синтез в ядре массивных звезд приводит к их расслаиванию, при котором более тяжелые элементы концентрируются в ядре, а более легкие элементы постепенно формируют внешние слои.
Звезды WR — это особенно массивные звезды, у которых отсутствует один или несколько внешних слоев более легких элементов. Таким образом, вместо водорода — самого легкого элемента — поверхность звезды характеризуется наличием гелия и даже углерода и более тяжелых элементов. Одно из возможных объяснений этого состоит в том, что сильные ветры из-за высокого давления в оболочке звезды рассеивают ее самый внешний слой, в результате чего звезда теряет один слой за другим в течение нескольких сотен тысяч лет.
Первая в своем роде взрывающаяся звезда
Несмотря на относительно короткое время жизни и прогрессирующий распад, анализ постоянно растущего числа открытий сверхновых привел к гипотезе, что звезды WR просто не взрываются — они просто тихо коллапсируют в черные дыры — иначе мы бы уже успел понаблюдать за одним из них. Однако эта гипотеза была разрушена недавним открытием.
Спектроскопический анализ света, излучаемого взрывом, привел к открытию спектральных характеристик, связанных с определенными элементами. Таким образом, ученые смогли показать, что взрыв содержал атомы углерода, кислорода и неона, причем последний элемент до сих пор не наблюдался таким образом ни в одной сверхновой. Более того, исследователи обнаружили, что вещество, испускающее космические лучи, не было само по себе причастно к вспышке, а исходило из пространства, окружающего нестабильную звезду. Это, в свою очередь, укрепило их гипотезу в пользу сильных ветров, которые сорвали внешнюю оболочку звезды.
Поскольку это наблюдение является первым в своем роде, Гал-Ям говорит, что, возможно, еще слишком рано окончательно определять судьбу всех таких звезд. На данном этапе мы не можем сказать, все ли звезды Вольфа-Райе заканчивают свою жизнь взрывом или нет. Возможно, некоторые из них незаметно схлопываются в черную дыру , говорит он.
Ученые подсчитали, что масса, рассеянная во время взрыва, вероятно, равна массе Солнца или немного меньшей звезды; взорвавшаяся звезда была намного тяжелее — как минимум в десять раз больше массы Солнца, поэтому ученые задаются вопросом, где же оказалась большая ее часть.
Гал-Ям предлагает промежуточный сценарий, в котором обе возможные судьбы сбываются одновременно: после истощения синтеза в ядре звезды происходит взрыв, который выбрасывает часть массы в космос, а оставшаяся масса коллапсирует сама на себя, образуя черная дыра. Одно можно сказать наверняка. Это не «тихий» коллапс, о котором много говорили в прошлом , говорит Гал-Ям.
В исследовании использовались наблюдения, сделанные с помощью различных телескопов, в том числе Gran Telescopio Canarias (GTC или Grantecan), расположенного в обсерватории Роке-де-лос-Мучачос (Гарафия, Ла-Пальма). Стоит отметить, что с тех пор, как было сделано первое открытие, наблюдался еще один подобный взрыв звезды Вольфа-Райе, что позволяет предположить, что это явление действительно не единичный случай , — объясняет Антонио Кабрера Лаверс, главный научный сотрудник Grantecan и младший научный сотрудник IAC. , которые участвовали в исследовании.
Дэвид Гарсиа Альварес, соавтор и астроном Grantecan для IAC, считает, что: «Возможно, что чем лучше будут становиться наши инструменты обнаружения и измерения, тем больше этот тип взрыва, который сейчас считается редким и экзотическим, станет обычным явлением».
