Астрономы сняли на видео, как после грандиозного взрыва расширяется оболочка новой звезды. Но это еще цветочки: в будущем объект может превратиться в сверхновую редкого, но очень важного типа Ia.
Самые яркие вспышки, которые можно увидеть на небе, -- это взрывы сверхновых, сопровождающие гибель массивных звезд. В максимуме блеска такой объект может светить ярче целой галактики, однако случаются они крайне редко -- раз в несколько сотен лет на каждый триллион звезд. Чтобы дождаться взрыва, приходится следить сразу одновременно за многими тысячами галактик, так что обычно эти ярчайшие взрывы наблюдаются в виде слабых пятнышек света на фоне далеких звездных систем.
Сверхновая элита
Взрывы сверхновых, конечно, редкость, но даже среди этих объектов есть своя «элита». Это так называемые сверхновые типа Ia. У всех у них одна и та же истинная яркость, а значит, их можно использовать как «стандартную свечу». Например, определять расстояния до далеких галактик, в которых эти взрывы случились, и по этим данным изучать историю расширения нашей Вселенной.
В конце 20-х годов прошлого века индийский астрофизик Субраманьян Чандрасекар математически доказал, что массы белых карликов не могут превосходить определенного предела, который составляет примерно полторы массы Солнца. Все они рождаются с массой меньше предела Чандрасекара (а большинство -- со вдвое меньшей массой, примерно 0,6 масс Солнца).
Перебрала
Но что произойдет, если на белый карлик начнет падать новое вещество? Например, если он крутится вокруг другой звезды и вещество соседки перетекает на поверхность карлика, рано или поздно предел Чандрасекара будет превышен. Тогда, по мнению астрономов, карлик взрывается, как водородная бомба -- или гелиевая, или углеродно-кислородная, хотя такие бомбы человечеством еще не придуманы. В любом случае, ядерные реакции синтеза начинаются по всему телу звезды, и от этого взрыва ничего не остается, кроме расширяющейся газовой оболочки. Это и будет взрыв сверхновой типа Ia.
Кстати говоря, системы, в которых белый карлик поедает вещество со звезды-соседки, действительно наблюдаются. И, как показали астрономы Александр Тутуков и Лев Юнгельсон из Института астрономии РАН, примерно в тех количествах, что нужны для измеренного темпа взрывов сверхновых.
Такие звезды иногда вспыхивают и до достижения предела Чандрасекара, но не настолько внушительно -- их блеск увеличивается всего в сотни или тысячи раз. Такие взрывы, в отличие от вспышек сверхновых, называют вспышками новой. По мнению астрономов, вспышка новой происходит, когда взрывается не вся звезда, а небольшой слой вещества, накопившийся на ее поверхности. Взрывы новых могут происходить не один, а много раз -- нужно лишь, чтобы вещества накопилось достаточно для детонации этого слоя.
Гелиевые прародители
Впрочем, все вышеописанное про механизм взрыва -- красивая теория на словах, однако получить взрыв сверхновой в подробных компьютерных расчетах намного сложнее. И даже со сверхновыми типа Ia, где все более или менее понятно, есть сложности.
Например, отличительная черта сверхновых Ia с наблюдательной точки зрения -- это отсутствие линий водорода в спектре, вместо них там ярко светят линии гелия. Белые карлики действительно по большей части лишены легчайшего элемента, ведь они -- ядра потухших звезд, в которых весь водород выгорел в ядерных реакциях. Вместе с тем водород -- самый распространенный элемент во Вселенной, и внешние слои звезды-соседки, которые будет пожирать белый карлик, наверняка должны состоять из этого элемента. Как же ему не показаться в спектре разлетающегося остатка звезды? Например, в спектре всех новых, которые вроде как должны предшествовать взрыву сверхновых, водород до сих пор наблюдался.
На этот вопрос есть два ответа. Во-первых, звездой-донором может стать другой белый карлик. Во-вторых, соседкой может оказаться достаточно массивная гелиевая звезда, водородная оболочка которой уже рассеялась в окружающее пространство, но в самом-самом ядре уже загорелся гелий. Ее внешние слои также состоят из этого элемента, так что и на поверхности белого карлика будет накапливаться именно он. Ему же детонировать при вспышках новой.
Новая Кормы
Именно такую новую ученые и заметили в южном созвездии Кормы ровно девять лет назад. В ноябре 2000 года яркость этой звезды внезапно выросла в 250 раз. Затем она постепенно упала в еще большее число раз и до сих пор не вернулась на довспышечный уровень. Однако главное не в перепадах блеска: в спектре новой Кормы 2000 года, она же переменная звезда V445 Pup (от лат. Puppis -- «Корма»), совершенно не было водорода. Не удивительно, что новую стали пристально изучать.
В марте 2005 года на него впервые посмотрела и система адаптивной оптики NACO, установленная на телескопе «Йепун» -- одном из восьми гигантов Очень большого телескопа VLT Южной европейской обсерватории. Адаптивная оптика исправляет ошибки, которые вносит в изображение нестабильная атмосфера Земли, что позволяет получать с Земли изображения почти с таким же разрешением, как у космического телескопа имени Хаббла. Но диаметр зеркала «Хаббла» всего 2,6 м, а VLT -- 8,2 м, так что света он собирает в десяток раз больше. Построить и вывести в космос 8-метровый телескоп пока слишком кучеряво даже для богатых европейских стран.
К удивлению астрономов, NACO увидела не какую-то яркую звезду, а вытянутую туманность, похожую на китайскую тряпичную салфетку, перетянутую посредине темной ленточкой. Так выглядят некоторые планетарные и протозвездные туманности, однако у новых ничего подобного прежде увидеть не удавалось.
Кино о небе
Через полтора года NACO посмотрел на V445 Pup, а потом еще и еще, и стало понятно, что эта туманность быстро расширяется. Более того, из свернутой в свиток «салфетки» за время наблюдений в противоположные стороны вылетели две «пробки», которые движутся еще быстрее, чем основная туманность. И весь этот процесс виден в реальном времени, а не в виде застывшего кадра, каковыми астрономам обычно предстают картины звездного неба.
Ученые даже сделали из этих снимков маленькое кино, которое сопровождает эту заметку. В дополнение к фильму астрономы под руководством Патрика Ваудта из южноафриканского Кейптаунского университета получили спектр объекта, из которого следовало, что скорость расширения оболочки -- от 6 до 7,5 тыс. км/с. Скорость «пробок» -- все 8 тыс. км/c, и с такими выбросами в новых ученым еще не приходилось сталкиваться. Эта линейная скорость, видимая скорость расширения туманности на небе и модель этого процесса позволили определить расстояние до звезды -- 25-28 тыс. световых лет и определить наклон выброса к лучу зрения.
Как оказалось, выброс лежит почти в картинной плоскости, так что темная «ленточка», которая перетягивает «салфетку», скрывает от нас самый центр объекта -- белый карлик и его напарницу. Тем не менее полученных данных оказалось достаточно, чтобы определить (ну или хотя бы предположить) физическую природу произошедшего.
Ваудт и его коллеги уверены, что здесь речь идет именно о массивном белом карлике в паре с гелиевой звездой. В ноябре 2000 года гелия на поверхности белого карлика накопилось достаточно, чтобы его температура и плотность позволили начаться ядерным реакциям превращения гелия в углерод. Этот углерод (от нынешнего взрыва или от предыдущих), вероятно, стал причиной сильного поглощения света в «ленточке», скрывающей систему от нашего взгляда.
Неясное будущее
Из расстояния до звезды и ее яркости до взрыва (20 тыс. солнечных светимостей) можно примерно «взвесить» белый карлик и оценить скорость перетекания вещества со звезды-соседки. Масса получается и впрямь очень близкой к чандрасекаровскому пределу -- 1,3 массы Солнца; еще одна-две десятых -- и взрыв сверхновой типа Ia, кажется, неизбежен. На земном небе эта сверхновая должна сравняться яркостью с Венерой.
При темпах обмена веществом в 0,001% массы Солнца в год ждать взрыва недолго -- десяток-другой тысяч лет. Это быстрее, чем другая похожая сверхновая, дозревающая в том же созвездии Кормы, правда, гораздо ближе к Солнцу.
Впрочем, предсказывать, когда в сверхновую превратится новая Кормы 2000 года авторы статьи в Astrophysical Journal пока не решаются. Они вообще не уверены, то это когда-нибудь случится. Ведь при каждом взрыве новой большая часть вещества из ее окрестностей сметается взрывной волной. Сколько там остается? Половина нападавшего в прежние годы, 1% или не остается ничего? Ответа на этот вопрос нет.
«Взорвется ли когда-то V445 Puppis как сверхновая, или нынешний взрыв выбросил в пространство слишком много вещества, пока не ясно», -- говорит Патрик Ваудт. Но не удерживается: «И все-таки у нас есть хороший кандидат в будущую сверхновую типа Ia».
