Сверхновая взорвалась очень удачно

Пять вопросов Сергею Гребеневу, ведущему научному сотруднику Института космических исследований РАН, заведующему российским центром научных данных международного проекта «Интеграл»

21 января 2014 года астроном Стив Фосси, наблюдая звездное небо с группой студентов из Университетского колледжа Лондона, заметил новую яркую звезду в галактике М82, самой близкой к Млечному Пути. Это была вспышка сверхновой, получившей название SN2014J. Она относится к сверхновым типа Ia, или к так называемым стандартным свечам, используемым астрономами для расчета расстояний между галактиками. Группа российских ученых из ИКИ РАН, наблюдавших звезду в космический телескоп «Интеграл», выяснила, что же именно происходит при вспышках сверхновых такого типа. Подтвердилось, что эти звезды — результат термоядерных взрывов в двойной системе белых карликов. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature 28 августа. Мы поговорили с одним из авторов этой статьи.

За всю космическую эру не произошло ни одного взрыва сверхновой типа Ia ни в одной из ближайших к нам галактик. Удача — действительно важный фактор в работе астрофизика?

Очень важный. Когда 27 лет назад в Большом Магеллановом Облаке вспыхнула сверхновая 1987А, ближайшая к нам за всю космическую эру сверхновая второго типа, нам очень повезло: незадолго до этого к станции «Мир» был пристыкован модуль «Квант» с приборами для рентгеновских измерений на борту — астрофизической обсерваторией «Рентген». Наличие этого оборудования позволило нам впервые зарегистрировать и исследовать радиоактивное излучение кобальта-56, распадающегося в оболочке сверхновой. Этот важнейший результат вошел в историю астрономии и полностью оправдал все затраты на создание приборов и запуск обсерватории. Сейчас нам повезло уже со сверхновой первого типа — SN2014J. Хотя «Интегралу», спутнику, созданному специально для исследования сверхновых, пришлось ждать своего звездного часа более 12 лет.

До этого вспышка сверхновой на сравнимом расстоянии наблюдалась — конечно, только в оптическом диапазоне — 400 лет назад, во времена Кеплера и Тихо Браге. Это притом что, согласно утверждениям специалистов, в галактике, подобной нашей, такие сверхновые должны вспыхивать примерно каждые 30 лет!

Открытие этой звезды, SN2014J, произошло случайно. Как так могло получиться?

Тот факт, что SN2014J была открыта случайно, действительно крайне удивителен. Сейчас по всему миру работают десятки автоматизированных телескопов, занимающихся поисками сверхновых. Количество регистрируемых сверхновых возросло в десятки, если не в сотни раз.

Судите сами: буква «А» в конце названия «сверхновая 1987А» означает, что это была первая сверхновая, обнаруженная в 1987 году. А вспыхнула она в конце февраля. Тогда в год регистрировалось немногим более десятка сверхновых. А SN2014J была обнаружена 21 января, но имеет в конце названия уже букву «J»: значит, за один только январь было зарегистрировано как минимум десять сверхновых. На сверхновые, обнаруженные в середине и конце года, алфавита уже не хватает, и их обозначают двумя буквами. Так, предыдущая достаточно близкая сверхновая, гамма-излучние которой пытался зарегистрировать спутник «Интеграл», называлась SN2011fe.

Впрочем, я не сомневаюсь, что один из автоматических телескопов рано или поздно нашу сверхновую все же зарегистрировал бы. Совсем незамеченной она бы не осталась.

Какие фундаментальные следствия имеет подтверждение того, что «стандартные свечи» — результат термоядерных взрывов белых карликов? Это же было общепринятым мнением о природе этих звезд.

Действительно, термоядерный взрыв белого карлика хорошо согласуется с использованием сверхновых типа Ia в качестве «стандартных свечей». Взрыв происходит, когда масса карлика достигает критического, чандрасекаровского (1,4 массы Солнца. — КШ) значения. Масса растет в процессе аккреции — гравитационного захвата вещества, а в данном случае «перетекания» вещества от одного карлика двойной системы к другому. Отсюда и приблизительно одинаковая энергия взрыва и одинаковая светимость этих звезд. Из-за этого их и используют при измерении расстояния до галактик.

Проблема заключается в том, что в веществе, выпавшем на поверхность белого карлика, может развиться локальная термоядерная вспышка, связанная с возгоранием гелия. Такие явления действительно наблюдаются, их называют вспышками новых. Существует большая вероятность, что при такой вспышке все выпавшее вещество выбрасывается из двойной системы и нужная для взрыва сверхновой критическая масса никогда не набирается.

Поэтому широко обсуждается альтернативная модель — слияние из-за гравитационного излучения двух белых карликов, образующих двойную систему. Критическая масса при слиянии легко достигается: сумма масс двух карликов может заметно превышать критическое значение. Но при таком слиянии энергия взрыва может иметь гораздо больший разброс. Наши наблюдения удивительно хорошо согласуются с простой моделью взрыва аккрецирующего белого карлика, хотя исключить модель слияния они тоже не могут.

Какие наблюдения входили в прерванную ради SN2014J программу обсерватории? Не пострадал ли какой-нибудь другой исследовательский проект?

Наблюдения были важные: обзор центральных частей галактики. Но они не привязаны к каким-то временным рамкам. В слегка модифицированном виде та же заявка была подана для включения в программу следующего годичного цикла. Так что говорить о каких-либо серьезных потерях я бы не стал.

«Интеграл», при помощи которого вы наблюдали за SN2014J, — единственная орбитальная обсерватория, способная обеспечить такие возможности для изучения звезд?

Да, в настоящее время единственная. Что-то может сделать обсерватория NUSTAR, но в гораздо более мягком рентгеновском диапазоне — менее 80 кэВ.

Было опубликовано в журнале "Кот Шрёдингера" №1 (1) октябрь 2014 г.

_{Подписаться на «Кота Шрёдингера»}