Загадка молодых сверхновых - 10 Апреля 2009

Группа китайских астрономов под руководством доктора Ван Бо (Bo Wang) из Юньнанской обсерватории Китайской академии наук сумела разработать новую компьютерную модель, объясняющую возникновение самой молодой разновидности сверхновых типа Ia. В статье, которая опубликована 7 апреля в британском журнале "Ежемесячные сообщения Королевского астрономического общества" (Monthly Notices of the Royal Astronomical Society - MNRAS), Ван Бо и его коллеги описывают процесс обмена материей между звездами-компаньонами. Если раньше рассматривался обмен веществом между двумя белыми карликами (сверхплотными остатками звезд вроде нашего Солнца в конце его эволюции) или белым карликом и красным гигантом, то теперь рассмотрена ситуация, когда на компактный углеродно-кислородный белый карлик попадает вещество так называемой гелиевой звезды (главной последовательности или субгиганта), что и порождает катастрофические события. Подобные катаклизмы могли возникать на самых ранних этапах жизни в Галактике, в то время, когда она еще окончательно не сформировалась. Гелиевые звезды необычны тем, что в их спектре наблюдаются четко выраженные линии гелия и очень слабые линии водорода (который уже почти весь выгорел в ходе термоядерных реакций).

Справка :

Белые карлики

- компактные звезды с массами, сравнимыми с массой Солнца (но меньше 1,4 солнечной массы), и с радиусами порядка 0,01 радиуса Солнца (т.е. их размеры сравнимы с размерами Земли, причем чем больше масса белого карлика, тем меньше его радиус). Название связано с цветом первых открытых представителей этого класса - Сириуса B и 40 Эридана B - горячих белых звезд. Позднее были открыты и более холодные желтые и красные белые карлики. Вследствие малых размеров средняя плотность белых карликов (~10⁶г/см³) в миллионы раз выше плотности нормальных звезд. При таких плотностях давление вещества определяется вырожденным электронным газом. Поэтому часто белые карлики называются вырожденными звездами.

Считается, что сверхновые типа Ia вспыхивают в результате обмена веществом между белым карликом и близкой к нему звездой-спутником. В тесных двойных системах часть внешней оболочки "нормальной" звезды может попасть в так называемую полость Роша ее компактного спутника, быть перетянутой к нему и выпасть на его поверхность. Подобным образом объясняются повторяющиеся вспышки на поверхности новых звезд, где сгорает чужой водород, однако для образования сверхновой нужно иное - длительное накопление "негорючего", бедного водородом материала. В тот момент, когда масса белого карлика превысит так называемый предел Чандрасекара (равный 1,4 солнечной массы; он рассчитан в 1931 году известным американским физиком индийского происхождения Субрахманьяном Чандрасекаром (Subrahmanyan Chandrasekhar, 1910-1995)), происходит термоядерный взрыв с выделением огромного количества энергии, который и наблюдается нами как сверхновая типа Ia. Сам объект при этом испытает коллапс (сжатие) и превращается в нейтронную звезду. Благодаря своей исключительной яркости и сходству характеристик при наблюдениях разных источников в разных галактиках (в первую очередь это почти полная тождественность кривых блеска), сверхновые этого типа пользуются особым вниманием астрономов, давших им даже наименование "стандартные свечи". Подобные события с успехом используются как для оценки расстояний до удаленных галактик, так и для уточнения наших представлений о Вселенной в целом (с помощью "стандартных свечей", например, можно оценивать темпы расширения видимой Вселенной на протяжении всего срока ее существования).

Со временем ученым удалось зарегистрировать множество сверхновых типа Ia, не укладывающихся в привычные модели, и тогда появилось подозрение, что около половины таких объектов взорвалось спустя менее чем 100 миллионов лет после периода основного звездообразования.

Чтобы решить проблему, Ван Бо и его коллеги построили новую компьютерную модель звездной эволюции и смоделировали поведение около 2600 тесных двойных звездных систем, состоящих из белого карлика и гелиевой звезды. Они выяснили, что гравитационное поле компактного белого карлика, позволяющее ему "воровать" вещество "рыхлой" и горячей голубой звезды и тем самым увеличивать свою массу (вплоть до предела Чандрасекара), действительно позволяет карлику взорваться в качестве сверхновой типа Ia уже в течение первых 100 миллионов лет после формирования звезд.

В настоящее время китайская группа планирует смоделировать также параметры, характерные для сопутствующей гелиевой звезды-донора в момент взрыва сверхновой, которые могли бы быть проверены в ходе будущих наблюдений посредством китайской обсерватории LAMOST (Large sky Area Multi-Object fiber Spectral Telescope). Член данной группы Хань Чжаньвэнь (Zhanwen Han) в своем комментарии указал на то, что "сверхновые типа Ia являются ключевым инструментом при определении масштабов Вселенной, поэтому мы должны быть уверены в их свойствах". Нужно заметить, что ученых уже давно и серьезно тревожит то обстоятельство, что новые исследования ставят под вопрос корректность использования в ходе космологических исследований их любимых "стандартных свечей". Ведь параметры обсуждаемых вспышек могут на самом деле серьезно отличаться от "стандартных", что и спутает все карты.