Некоторые сверхновые неожиданно становятся ярче, что наши нынешние модели не могут объяснить. Может ли новая модель, сочетающая ударные и звуковые волны, объяснить эту загадку?
Опоздание на вечеринку
Когда массивная звезда взрывается сверхновой , она ненадолго затмевает свою родительскую галактику , а затем постепенно исчезает из поля зрения. Иногда ударные волны расширяющейся сверхновой возникают с близлежащим газом, таким как околозвездный материал, выбрасываемый звездой до взрыва сверхновой, что вызывает временное увеличение яркости. Когда это происходит, унесенный материал сжимается, нагревается и ионизируется, вызывая появление новых эмиссионных линий в спектре сверхновой. Однако некоторые сверхновые светятся без появления новых эмиссионных линий — в чем причина такого поведения?
Новая работа Эрика Кофлина (Сиракузский университет) и Джонатана Зраке (Университет Клемсона) предполагает, что отсроченное увеличение яркости не всегда может быть свидетельством нового взаимодействия с околозвездной материей, а скорее отголосками более ранних возмущений.
Надежное решение
Кафлин и Зраке использовали линейную теорию возмущений — способ математического описания свойств системы в терминах медленно меняющегося фона и малозаметных возмущений на этом фоне — для изучения сценария, в котором ударная волна сверхновой, распространяющаяся в околозвездное вещество, сталкивается с особенно плотным регион газа.
В этом сценарии Кафлин и Зраке предсказывают, что сверхновая станет ярче вдвое. Когда ударная волна распространяется в околозвездный материал, она сталкивается с более плотной областью газа, сверхновая вспыхивает впервые и показывает новые эмиссионные линии. По мере того, как ударная волна собирает все больше и больше материи, она замедляется, а яркость уменьшается.
Пока это лишь типичное взаимодействие ударной волны с околозвездным веществом. Здесь ситуация меняется: новая модель, разработанная Кафлином и Зраке, учитывает вторую волну — более медленную звуковую волну — которая создается в результате начального столкновения ударной волны с более плотным околозвездным веществом. Когда ударная волна замедляется, звуковая волна догоняет ее и ударяет сзади. Согласно новому подходу авторов, именно взаимодействие начальной ударной волны и вторичной звуковой волны заставляет сверхновую вновь засветиться, а не изменять плотность окружающего вещества. И поскольку никакая дополнительная материя не захватывается и не ионизируется, новые эмиссионные линии не создаются.
Объяснение выбросов
Эта модель может объяснить поведение сверхновых, которые становятся ярче спустя долгое время после их начальных взрывов, таких как SN 2019tsf, iPTF14hls и SN2020faa. Должны ли мы ожидать, что запаздывающее увеличение яркости будет присуще всем сверхновым? Маловероятно, сказали Кафлин и Зраке, необычно плотный околозвездный материал мог скрыть увеличение яркости, и если плотность вещества слишком быстро уменьшалась с расстоянием, звуковая волна не смогла бы догнать ударную волну.
Авторы отмечают, что предстоит изучить гораздо больше, поскольку настоящие сверхновые, расширяющиеся через околозвездный газ, намного сложнее, чем структура, изложенная в этой статье. Мы надеемся, что будущая работа поможет нам понять разнообразие поведения сверхновых, наблюдаемое до сих пор!
