Взрыв сверхновой аукнулся в 3D

Астрономы продолжают брать на вооружение все новые методы изучения далеких объектов во Вселенной и постигать процессы, которые происходили десятки тысяч лет назад. Несколько лет назад ученые поняли, почему объект Кассиопея A – один из мощнейших источников галактического радиоизлучения – предстает перед астрономами расширяющимся с громадной скоростью.

Сверхновая звезда, породившая живописную туманность, вспыхнула около 330 лет назад, а структура инфракрасного изображения туманности продолжает меняться год от года. В 2008 году команда ученых под руководством Оливера Краузе из немецкого Института астрономии общества Макса Планка поняла, что триста лет спустя ученые наблюдают не сам процесс разлетания вещества сверхновой, а световое эхо этого катаклизма, отраженное от пыли в одном из рукавов галактики Млечный путь. Чем дальше находятся пылинки, освещенные когда-то сверхновой, тем позднее приходят к нам фотоны. Эта задержка создает видимость расширения остатка.

Однако наличие эха позволило ученым не только понять механизм отражения световых лучей на пыли, но и взглянуть на сам взрыв сверхновой «под другим углом». Трехмерную модель взрыва удалось создать группе астрономов Гарвардского университета под руководством Армина Реста. «Одни и те же события выглядят по-разному при взгляде из разных уголков Млечного пути. Впервые нам удалось увидеть взрыв сверхновой, как увидели бы его инопланетяне», -- пошутил Рест. Ученые сравнивают наблюдаемое явление с эхом, которое слышит человек, находясь в пещере. Отличие светового эха от звукового в том, что скорость распространения света несравнимо больше, и у астрономов есть шанс увидеть отраженные объекты спустя сотни и даже тысячи лет.

Многие ученые раньше считали, что взрыв сверхновой – сферически симметричный процесс. Однако исследование группы Реста показало, что по крайней мере в случае с Cas A это было не так. Оказалось, что в момент взрыва сверхновая звезда редкого типа Sn IIb разлеталась несимметрично: в одном из направлений газ истекал со скоростью, на 4 км/с большей, чем во всех других направлениях.

«Звезда была двуликой! В одном направлении звезда взрывалась с куда большей скоростью», -- пояснил соавтор исследования Райан Фоули. Оказалось, что полученные ранее данные также свидетельствуют в эту пользу: нейтронная звезда, образовавшаяся в результате коллапса гелиевого ядра звезды, в настоящее время несется в пространстве со скоростью больше 300 км/с в направлении, противоположном тому, откуда приходит эхо. Ученые считают, что несимметричный взрыв отшвырнул газ в одну, а нейтронную звезду – в другую сторону. Сопоставив новые наблюдения светового эха и данные о движении оставшейся нейтронной звезды с рентгеновскими снимками разлетевшихся остатков, астрономы построили 3D модель происшедшего 330 лет назад взрыва.

Измеряя допплеровское смещение линий разных элементов в спектрах отраженного излучения, ученые сделали предположения об их расположении на разных этапах взрыва сверхновой. Желтые области – струи аргона и кремния, наблюдаемые в рентгене, оптике и в инфракрасном диапазоне. Красные области – остывшие остатки. Синим показаны области, до которых дошла ударная волна. Эти синие филаменты, окружающие взрыв, не наблюдаются в отдельных спектральных линиях, так как светят синхротронным излучением, имеющим непрерывный спектр.

Полученная модель иллюстрирует две составляющие остатка взрыва сверхновой – сферическую внешнюю и плоскую внутреннюю. Сферическая состоит из внешних слоев взорвавшейся звезды, в основном гелия и углерода. Плоская компонента состоит из более тяжелых элементов, таких как кислород, неон, кремний, сера и железо.