Нейтронные звезды. Как понять зомби из космоса - Москвич Катя

Не все согласны с этими выводами. Другие астрономы думают, что, поскольку вокруг красных сверхгигантов много газа во все время их существования, возможно, околозвездный материал был там очень, очень долго. “Может быть, облако около этой звезды существовало миллионы лет”, – говорит Норберт Лангер, астроном из Боннского университета в Германии. Возьмите, например, Бетельгейзе – красный сверхгигант в созвездии Орион, находящийся довольно близко к Земле, на расстоянии чуть больше шестисот световых лет. Ясно, что он окутан газом, вероятно, существовавшим там тысячи лет, если не больше. Чтобы выяснить, кто прав, следует измерить, насколько быстро газ уносится от взрывающейся звезды. Если быстро – это взрыв газа. Возможно, в случае SN 2013fs удалось определить только верхний предел скорости, но Ярон полагает, что есть явные признаки того, что газ двигался гораздо быстрее характерной для красного сверхгиганта скорости звездного ветра.

Итак, насколько правдоподобно, что внешняя оболочка “знает” о скором взрыве звезды? Звезды настолько велики и так велика их плотность, что любая информация о ядре достигает поверхности через тысячи лет. Однако информация не обязательно должна переноситься фотонами, с трудом проходящими через толщу звезды. Информацию могут переносить ударные волны, а их энергии достаточно для образования на поверхности массивных газовых пузырей. В 2017 году Джим Фуллер, астрофизик из Калифорнийского технологического института, опубликовал статью, где выдвинул гипотезу, согласно которой информация о том, что происходит внутри звезды, может переноситься на поверхность звуковыми волнами. Он сравнил этот процесс с кипящим чайником. Если кипение интенсивное, его можно услышать, поскольку этот процесс приводит к возбуждению звуковых волн в воздухе. Можно предположить, что непосредственно перед взрывом сверхновой ядро звезды “закипает”, что вызывает звуковые волны большой энергии, способные привести к мощным выбросам с поверхности непосредственно перед взрывом.

Не только Ярон и Фуллер считают, что предупреждающие сигналы можно заметить до взрыва сверхновой. Анна Хо изучала не только Корову, но и SN 2018gep – сверхновую типа Ib, обнаруженную системой наблюдения Zwicky Transient Facility. Группа Хо начала наблюдение через несколько часов после того, как излучение от взрыва достигло Земли. В первые дни после вспышки они получили девять спектров – самые ранние спектры для сверхновых такого типа. В отличие от группы Ярона, Хо и ее коллеги наблюдали сверхновую, которая была результатом гравитационного коллапса ядра массивной звезды, утратившей до взрыва внешнюю водородную оболочку. Однако анализ Хо, как и данные Ярона, указывал на то, что признаки неизбежного взрыва звезда демонстрирует заранее. Для сверхновых типа Ib это было первое достоверное наблюдение вспышек-предшественниц, а значит, можно ожидать, что подобные предупреждающие сигналы – распространенное явление для различных типов массивных звезд, а не только для тех, которые взрываются как сверхновая типа II.

Хотя данные, полученные Хо и Яроном, дают представление о составе звезды-предшественницы непосредственно в момент ее смерти, они немного могут сказать о процессе взрыва сверхновой. Большая часть энергии, выделяемой при коллапсе, уносится нейтрино. Ярону надо было понять, можно ли передать достаточное количество этой энергии газу – веществу звезды и ее внешней оболочки, чтобы инициировать взрыв сверхновой.

Чтобы заглянуть внутрь сверхновой, астрономы изучают образовавшуюся туманность примерно через двести дней после взрыва. Они также наблюдают остаток сверхновой, образовавшийся спустя десятилетия, когда выброшенное газопылевое облако переместилось от места взрыва в космическое пространство, где его сравнительно просто наблюдать. В каком-то смысле взрыв выворачивает исходную звезду наизнанку. Именно в этих остатках звезд ученые обнаруживают тяжелые элементы, из которых образуются планеты, другие звезды и в конечном счете возникает жизнь.

Исследуя спектры на более поздних стадиях эволюции сверхновой, астрономы получают возможность оценить массу и относительное количество каждого из химических элементов, образовавшихся и выброшенных во время взрыва. Кроме того, они могут оценить полную массу звезды-предшественницы и ее состав.

Данные о “сигналах-предвозвестниках” очень ценны, но сейчас принципиально важно использовать подобные методы анализа чаще, при исследовании большого числа других сверхновых. Для этого нужна информация о спектрах на ранних стадиях эволюции, то есть до того, как облако газа, выброшенного при взрыве, перекроет околозвездный диск – скопление газа и пыли вокруг звезды – и “сотрет” всю необходимую информацию о том, как реально погибла звезда. И вот тут сверхновая AT2018cow, неофициально Корова, может помочь.

Сверхновые обычно наблюдают в радиочастотном диапазоне. Удаляясь от места взрыва, звездный материал несет энергию в виде волн с чрезвычайно короткими длинами, но очень быстро возникают все более и более длинные волны. Поэтому астрономы очень редко используют миллиметровые телескопы для изучения космических взрывов, ведь, чтобы увидеть его характерные признаки в диапазоне миллиметровых длин волн, следует делать это очень и очень быстро. “Поэтому, когда приступаешь к наблюдению взрыва, его следы уже сдвинулись в область радио- и сантиметровых длин волн”, – рассказывает Хо.

“Странность и необычность Коровы состояла в том, что ее спектр в оптическом диапазоне совсем не напоминает сверхновую”, – говорит Хо. Чтобы выяснить, действительно ли это был взрыв звезды, надо обратиться к другим свидетельствам. Группа Хо имела возможность исследовать газ и пыль в районе взрыва. Оказалось, что там характеристики среды очень сходны с последствиями такого взрыва: в частности, очень велика плотность газа и пыли. Такую плотность можно ожидать вблизи умирающей звезды, когда она очень быстро теряет вещество. Но, как предполагалось, именно это происходит с массивными звездами перед взрывом. Значит, вероятно, до того, как эта звезда умерла, она извергала и сбрасывала звездный материал. Сохраняющееся в течение месяцев излучение сверхкоротких длин волн также означает, что это не единичный выброс энергии при взрыве. Скорее наблюдался своего рода непрерывный процесс производства энергии, что-то наподобие работы центрального двигателя – аккрецирующей вещество быстро вращающейся, сильно намагниченной нейтронной звезды или новообразованной черной дыры.

Не только члены команды Хо считали, что они наблюдали процесс рождения нейтронной звезды. В другой группе под руководством Рафаэллы Маргутти, астрофизика из Северо-Западного университета в США, пришли к такому же выводу. Группа Маргутти изучала рентгеновское излучение Коровы с помощью аппаратов NuSTAR (Nuclear Spectroscopic Telescope Array, “ядерно-спектроскопическая телескопическая система”) космической обсерватории НАСА и INTEGRAL Европейского космического агентства. Кроме того, они исследовали спектр радиоволн, полученный с помощью телескопов VLA американской Национальной радиоастрономической обсерватории в Нью-Мексико. На основании этого был сделан вывод, что транзиент разогревается изнутри и, следовательно, что-то изнутри снабжает его энергией17.

Однако, чтобы подтвердить, действительно ли внутри Коровы скрывается нейтронная звезда, астрономам надо ждать годы – пока остатки выброшенного при вспышке вещества (газ и пыль вокруг его центра) не рассеются в межзвездном пространстве. “Мы наблюдаем независимо звезды и взрывы, и отдельно нейтронные звезды. Но очень трудно связать эти разные стадии эволюции воедино, – говорит Хо. – Поэтому, если действительно удастся увидеть оставшуюся от Коровы нейтронную звезду, значит, это один из тех немногих случаев, когда удалось наблюдать породивший нейтронную звезду взрыв. Будет очень интересно, если окажется, что мы фактически стали свидетелями рождения нейтронной звезды”.

Если это подтвердится, дальнейшие наблюдения позволят нам сказать больше о том, из какого типа звезд образуются нейтронные звезды. В настоящий момент мы можем изучать нейтронные звезды, поскольку видим их в своей Галактике. Мы знаем – или думаем, что знаем, – что взрываются звезды определенной массы. Но что собой представляла звезда, ставшая затем нейтронной? Как она эволюционировала? Что происходило с ней за время ее существования? Какой была финальная стадия ее жизни? Теряла ли она массу, а если так, происходило ли это спокойно и постепенно или стремительно, в результате взрыва? Мы этого совершенно не представляем. Поэтому, если внутри Коровы есть нейтронная звезда, эта зомби-звезда может многое рассказать о живых звездах. Но сейчас нам остается только ждать, надеясь, что она там есть и как-то проявит себя.