Израильские ученые обнаружили "невозможную" сверхновую

Ученые из израильского института Вейцмана стали свидетелями взрыва огромной звезды Вольфа-Райе. Эта гипотетическая сверхновая должна была бы быть невозможной.

Начало 2022 года ознаменовалось взрывом этой огромной сверхновой.

Астрономы из института Вейцмана в Реховоте (Израиль) смогли стать свидетелями взрыва гигантской звезды Вольфа-Райе, которая должна была бы быть невозможной.

Это наблюдение, опубликованное в академическом журнале Nature, свидетельствует о явлении, которое до этого времени существовало только в теории, но раньше никому не удавалось увидеть.

Сверхновая по своей сути — взрывающаяся звезда. Это один из двух финалов, который ожидает звезду в конце ее жизненного цикла, когда она уже больше не в состоянии создавать энергию из ядра.

Топливом для звезды любого типа является производство энергии в ядре. Энергия создается благодаря ядерному делению, процессу, в результате чего из легких элементов формируются более тяжелые. Благодаря этой реакции звезда остается горячей, а ее газообразные элементы распространяются одновременно с притяжением звездной массы к ядру ради соблюдения хрупкого гравитационного равновесия.

Сверхновая 2018zd (большая белая точка справа) и галактика NGC 2146 (слева)

Когда звезда больше не может производить эту энергию, а это происходит примерно после нескольких миллионов или миллиардов лет, может произойти одно из двух. Если звезда размером примерно с Солнце или меньше, она коллапсирует в белый карлик.

Но если размеры звезды достаточно велики, как минимум 8-15 солнечных масс, то она взрывается в сверхновую. После чего тяжелые элементы разлетаются по всему космосу. Что в свою очередь приводит к определенным последствиям для этих элементов и для остальной вселенной. Сверхновая же в результате взрыва или полностью разрушается, или формирует нейтронную звезду либо черную дыру.

Сверхновые раньше считались редким явлением среди астрономов, но с техническим прогрессом они стали гораздо более обыденными.

Профессор Авишей Гал-Ям из факультета физики частиц института Вейцмана в свое время за четыре года аспирантуры обнаружил 7 сверхновых. А сегодня, с помощью нужных инструментов и методик, можно найти и 50 сверхновых за день. Однако в некоторых случаях по-прежнему остаются загадки, особенно когда дело касается гигантских звезд.

Существует несколько типов звезд, которые отличаются яркостью, размером и продолжительностью жизни. Например, жизненный цикл звезды вроде нашего Солнца составляет около 20 миллиардов лет. Крупные звезды, однако, живут всего лишь несколько миллионов лет.

Одним из типов таких гигантских звезд является звезда Вольфа-Райе. Эти редкие звездные тела отличаются от других звезд некоторыми характеристиками. Самая заметная из которых заключается в том, что у них отсутствует один или более слоев легких элементов.

Обычно внешние слои звезды насыщены самым легким элементом, водородом. Однако в случае звезды Вольфа-Райе дело обстоит иначе. У них во внешних слоях содержится гелий, а иногда даже углерод и другие более тяжелые элементы.

До сих пор неизвестно, почему у этих звезд такая структура. Существует несколько теорий, самая значимая из которых предполагает, что за несколько сотен тысяч лет сильный звездный ветер буквально сдувает у звезды ее внешние, легкие слои. В результате чего такие звезды выглядят угасающими.

Несмотря на свой короткий жизненный цикл раньше никто не видел, как звезда Вольфа-Райе становится сверхновой. Были теории, конечно, что такие сверхновые существуют. Предполагалось, что некоторые виды сверхновых произошли от звезд Вольфа-Райе, хотя это никогда не было доказано. И многие астрономы в итоге начали подозревать, что так как в случае звезд Вольфа-Райе не было замечено возникновения сверхновой, они могут и не взрываться вовсе. А просто тихонько коллапсировать в черную дыру, без всяких эффектных взрывов.

Но профессор Гал-Ям и его команда доказали, что такое предположение ложно, когда обнаружили сверхновую, зародившуюся из звезды Вольфа-Райе.

Астрономы провели анализ света, излучаемого в результате взрыва сверхновой. Для определения электромагнитной длины волны взрыва использовался спектроскопический анализ. Благодаря этому методу исследований ученые смогли определить элементы, которые выделились после взрыва.

Команда распознала несколько элементов, таких как углерод и кислород, которые и ожидается обнаружить в сверхновой. Но также они нашли и элемент, который раньше никогда в сверхновых не наблюдался. Этим элементом оказался неон, которого уже не так уж много в солнечной системе, хотя в масштабах вселенной он довольно распространен. Также ученые пришли к выводу, что радиоактивные материалы находились в космосе вокруг звезды, а не в ней самой.

Так что же все это означает?

По словам Гал-Яма, эти находки похоже подтверждают гипотезу о том, как внешние слои звезд Вольфа-Райе были снесены солнечным ветром.

Однако поскольку это первое такое открытие, пока нельзя с уверенностью утверждать, все ли звезды Вольфа-Райе становятся сверхновыми. Может быть некоторые из них, как и предполагали другие астрономы, скромно и незаметно переходят в черную дыру.

Но совершенно ясно одно. Несмотря на такой мощный взрыв, в нем оказалось задействовано далеко не все вещество звезды.

Астрономы оценивают количество массы, распылившийся во время взрыва, как равную массе Солнца или звезды немного меньшего размера. А звезда, которая взорвалась, была намного тяжелее — как минимум в 10 раз больше, чем Солнце. Так куда же подевалась большая часть материи?

Существует одна возможность: сверхновая распылила некоторое количество массы в космос, но остальная материя сформировала черную дыру. Однако пока свидетельств образования черной дыры нет.

Такие находки обладают очень большим значением для науки. Сверхновые — это не просто эффектный космический фейерверк. Они жизненно важны для функционирования вселенной. Материя, которая разлетается во все стороны после взрыва сверхновых, является строительными кирпичиками для зарождения новых звезд и планет. Именно такой процесс когда-то привел и к созданию нашей Солнечной системы, нашей планеты и всей жизни, которая на ней обитает.