Вчені спостерігали еволюцію червоного надгіганта

Група астрофізиків з Північної Америки і Європи вперше провели спостереження за розвитком червоного надгіганта всього через три години після вибуху наднової зірки другого типу. Спалах був зафіксований більш як три роки тому в галактиці NGC 7610, розташованої по сусідству з галактикою Чумацький Шлях. Цей спалах привернула увагу великої кількості вчених.

В даний час астрофізики досить добре розбираються в тих процесах, які передують руйнуванню великих зірок (гравітаційний колапс або нестача термоядерного палива), а також в їх подальшу долю. Світила, які за своїми розмірами в декілька разів перевершують Сонце і в десятки разів яскравіше за наше світило, стають червоними надгігантами. В процесі подібної еволюції вони втрачають приблизно десять відсотків своєї маси. Після вибуху такі об`єкти стають дуже яскравими, що дає можливість спостерігати ці об`єкти навіть у віддалених галактиках.

У той же час, як відзначають вчені, спостерігати вибухи наднових зірок в режимі реального часу до недавнього часу не представлялося можливим, в силу того, що такі процеси відбувалися вкрай рідко. Так, згідно з наявними оцінками, в Чумацькому Шляху наднова зірка вибухає приблизно один раз на рік. Вчені зуміли в своєму новому дослідженні простежити за подібним об`єктом, що знаходиться в галактиці NGC 7610. Спектральні характеристики даного об`єкта була отримані в останні кілька років, і всі вони вказували на те, що зірка вкрай нестабільна (вона швидко втрачала масу). В результаті вчені припустили високу ймовірність її вибуху.

Галактика NGC 7610 є спіральною. Вона розташована в сузір`ї Пегаса і віддалена від нашої планети на відстань 50,95 мегапарсек. Об`єкт, який в ній вибухнув, - SN 2013fs або iPTF 13dqy - це звичайна наднова II типу, з лініями водню в спектрі. Вперше в режимі реального часу вчені спостерігали її на початку жовтня 2013 року за допомогою автоматизованої системи iPTF. Наступного разу спостереження були проведені через 50 хвилин. Далі - спостереження поводились через добу за допомогою наукового інструменту WiFeS, встановленого на телескоп Австралійського національного університету.

Ці спостереження спровокували великий інтерес вчених до даного об`єкта. Спостереження за iPTF 13dqy велися майже у всьому діапазоні довжин хвиль - ультрафіолетовому, рентгенівському, інфрачервоному і оптичному. Завдяки цим спостереженням дослідники отримали дані, які відмінно вкладалися в уявлення про розвиток червоного надгіганта (зірки, знищеної в результаті вибуху), які були на той час.

Спостереження iPTF 13dqy
Зображення: Nature Physics

Коли ядро ​​червоного надгіганта руйнується, починається процес формування надзвуковий ударної хвилі. Коли ця хвиля досягає поверхні зірки, вона починає дуже яскраво світитися, іншими словами - починає відбуватися те, що вченими прийнято називати спалахом наднової. Переродження зірки в той же час супроводжується сильним ультрафіолетовим випромінюванням. Сила і тривалість спалаху залежить від структури оболонки об`єкту.

Поява ультрафіолетової радіації породжує процес фотоионизации атомів в газовій хмарі, яке оточує наднову. Поступово газ стає більш щільним, і запускається процес швидкої рекомбінації (коли іони захоплюють електрони). В результаті виникають атоми, які породжують емісійні лінії. Вчені, завдяки тимчасовим рамкам даного процесу, зуміли визначити ті межі, до яких відбувалося поширення матерії після вибуху наднової зірки SN 2013fs. Це значення виявилося рівним приблизно 20 світлових годинах.

У той же час, процеси, які мали місце в атмосфері червоного гіганта до моменту вибуху, вчені поки не можуть точно описати. Визначальним фактором у даному випадку є швидкість втрати зоряної матерії, іншими словами - темпи відриву зірки від світила. Якщо ця швидкість досягає 50 кілометрів на секунду, то інтенсивна втрата маси зіркою почалася приблизно 10 років тому. Якщо ж швидкість в десять разів менше - приблизно п`ять кілометрів в секунду - то це дає можливість припустити, що еволюція світила триває протягом сотні років. Більш того, газова оболонка перероджується об`єкта взагалі може перебувати в стаціонарному режимі (як, наприклад, оболонка червоного надгіганта Бетельгейзе, який готується до вибуху).

Головна мета, до якої прагнуть вчені в даний час полягає в проведенні спостережень за зіркою в момент її переродження, а не тільки після спалаху її в якості наднової. До цієї мети допомагає наблизитися проведене спостереження. За словами дослідників, воно допомагає спрогнозувати найбільш популярні сценарії вибуху. Звичайно, певною мірою можна говорити про те, що астрофізики не в перший раз спостерігають вибух наднової зірки. Це і так, і не зовсім так.

Відео: NASA показало вибух наднової зірки

Вперше вчені спостерігали спалах наднової через кілька годин після вибуху в 2008 році. У той час в галактиці NGC 2770 була зафіксована інтенсивна спалах ультрафіолетового випромінювання, яка тривала протягом декількох годин. Вчені припускають, що пов`язана вона була з утворенням ударної хвилі. Потім подія SNLS-04D2dc експерти спостерігали в оптичному діапазоні, проте тоді не було проведено систематичний спектральний аналіз, тому як це відкриття було випадковим, і вчені просто не були до нього готові.

Вибухи наднових зірок другого типу SNLS-04D2dc і iPTF 13dqy відбулися з поодинокими світилами. Здійснено за іншим сценарієм відбувається вибух білого карлика, який нагадує спалах наднової зірки першого типу. Причина цього вибуху полягає в наявності другого світила-супутника. Матерія з нього потрапляє на поверхню білого карлика, що стає причиною перевищення межі Чандрасекара (гравітаційного колапсу). Щось подібне сталося в 2009 році. Тоді вчені безпосередньо спостерігали вибух наднової і зуміли підтвердити гіпотезу про масообмінних між компаньйонами в подвійній системі V1213 Cen.

Відео: Еволюція Сонця в Білий карлик

Білий карлик почав скидати оболонку через шість діб після останнього падіння рівня його світності. Відповідно до припущень вчених, вибух, який супроводжувався короткочасним збільшення яскравості світила, може повторитися через сотні років. В даному випадку властивості подвійної системи будуть залежати від швидкості масообміну, тобто, від того, наскільки швидко на білий карлик потрапить матерія невеликого компаньйона. Дані, які є в даний час, говорять про те, що в подвійній системі V1213 Cen массообмен між зірками має низьку швидкість. Спостереження за об`єктами проводили протягом тривалого періоду часу - з 2003 року. Були зафіксовані періодичні зміни в світності зірки, що завершилися через шість років вибухом наднової. Ці спостереження проводилися в рамках програми OGLE.

Учені поки не можуть відповісти на питання, яким чином і чому масивні зірки вибухають як наднових. Такі гіганти перетворюють легкі елементи в більш важкі. У відносно короткий період свого існування, який триває від одного до десяти мільйонів років, масивні зірки спалюють продукти злиття гелію і водню, а також важке паливо до тих пір, поки залізне ядро ​​НЕ розростеться і не зруйнується. Астрономам відомі основні механізми, які призводять до вибухів наднових, проте детальні елементи даного процесу поки залишаються загадкою.