Странность сверхновой

В августе 2011 года астрономам удалось наблюдать самую близкую сверхновую типа Ia с тех пор, как этот класс взрывов звезд был выделен для использования в качестве мильных столбов во Вселенной. Яркий взрыв сверхновой SN 2011fe был замечен Паломарской обсерваторией в рамках обзора неба Palomar Transient Factory. С момента взрыва до начала наблюдений звезды прошло всего 12 часов. Наблюдать взрыв могли не только профессиональные астрономы. SN 2011fe можно было увидеть в обычный бинокль. Тем не менее, пришлось направить на звезду несколько наземных и орбитальных телескопов, чтобы быстро уловить изменение яркости звезды, которая поначалу еще продолжала увеличиваться, но затем очень быстро спала.

Результат изучения сверхновой теперь опубликован под руководством Грега Алдерина, сотрудника Национальной лаборатории Лоренса Беркли. Алдерин руководит проектом Nearby Supernova Factory, объединяющего специалистов, желающих собрать как можно больше сведений о сверхновых типа Ia. В рамках этой работы не осталась без внимания и звезда SN 2011fe. Она наблюдалась 32 ночи с помощью прибора SuperNova Integral Field Spectrograph, установленного на 2.2-метровом телескопе Гавайского университета на горе Мауна Кеа. Наблюдения продолжались в течение двух недель до достижения сверхновой пика яркости и затем еще три месяца с меньшей частотой, следя за уменьшением яркости взрыва. «Мы никогда раньше не наблюдали сверхновую на такой ранней стадии, – говорит Алдерин. – Наши наблюдения показали, насколько удивительной является вроде бы типичная сверхновая 2011fe». Сама же работа может проложить путь для дальнейших скрупулезных исследований сверхновых звезд, показывая методику сбора информации и поднимая новые вопросы касательно природы измерительной линейки Вселенной.

Сверхновые типа Ia, конечно, не являются совсем уж стандартными мильными камнями. Скорее они допускают стандартизацию. Графики, показывающие, как со временем изменяется их яркость на разных длинах волн, отличаются от взрыва к взрыву. Однако если абсолютные величины разнятся, относительное поведение излучения сверхновой остается одинаковым. Для каждого взрыва типа Ia закон изменения спектральной кривой от времени может быть подогнан к некоторому среднему. Спектральная кривая SN 2011fe, как оказалась, практически не требует такого преобразования. Эта сверхновая показал пример самого типичного взрыва. Такой результат приветствовался участниками проекта. Обычно ученые ищут особенности, которые интересны для изучения и могут привести к новым теориям. Однако в случае сверхновых Ia самое главное – типичность. Из-за уникальной роли этих взрывов в астрономии оказывается намного важнее изучить типичного представителя семейства, чем искать отклонения. Тем не менее, SN 2011fe оправдала ожидания лишь частично. Имея усредненную зависимость спектральной кривой от времени, сверхновая сумела предоставить и несколько уникальных особенностей.

Изменение спектральной кривой со временем:

Дополнительной особенностью SN 2011fe является удобство ее изучения. Ее яркость в разные моменты времени определяется очень точно, так как расстояние до ее галактики было ранее измерено другими методами. На линии наблюдения также почти нет пыли или газовых облаков, искажающих спектральный сигнал. Поэтому странности сверхновой SN 2011fe создают проблемы. График падения яркости для разных длин волн не подходит ни под одну известную модель поведения сверхновых. Конечно, такой результат получается с каждой сверхновой. Однако обычно точность наблюдения невысока, так что с учетом ошибок наблюдательные данные легко подгоняются под теоретические. В случае SN 2011fe ошибка настолько мала, что различие между теорией и наблюдением уже не может быть легко объяснено.

Наличие типичной сверхновой типа Ia, несколько отличающейся от моделей, позволит улучшить их и глубже проникнуть в физику этих термоядерных взрывов, где главный вопрос – их происхождение. В основном сейчас конкурируют две модели образования сверхновых типа Ia. В первой белый карлик перетягивает материю со своего компаньона по двойной системе. Если этот сценарий верен, то в остатках взрыва должны остаться следы взаимодействия дух звезд. Альтернативная гипотеза включает два сталкивающихся белых карлика, ив этом случае в остатках взрыва не должно быть признаков обычной звезды. «Наблюдения SN 2011fe могут использоваться для проверки этих гипотез, – говорит Алдерин. – Для собранных нами данных одна из теорий показывает лучшее соответствие с наблюдениями в одни моменты времени, а другая теория – в другие. При этом в какие-то моменты обе модели оказываются очень далеки от наблюдательных данных, так что их обе, может быть, придется отбросить».

Одна из важных особенностей SN 2011fe – наличие в спектре излучения признаков несгоревшего углерода. Она поддерживает менее распространенный взгляд на рождение сверхновых в результате горения звезды, когда пламя распространяется в турбулентном потоке со сверхзвуковой скоростью. При столкновении с карликом или медленном накоплении материи взрыв происходит в две разные стадии, и весь углерод должен сгорать. Однако эффективность его уничтожения может оказаться разной, когда удастся также четко наблюдать другие сверхновые типа Ia.