При исследовании большой выборки галактик обнаружена сотня сверхновых

При исследовании большой выборки галактик обнаружена сотня сверхновых

Дмитрий Сафин

Двое астрофизиков из Тель-Авивского университета (Израиль) отыскали следы ста сверхновых при исследовании спектров галактик, снятых в по проекту Sloan Digital Sky Survey.

Девяносто найденных вспышек классифицируются как сверхновые типа Ia (SN Ia), а оставшиеся десять относятся к типу IIP. Разница заключается в том, что объекты типа IIP имеют хорошо различимые линии водорода в спектрах и протяжённый пологий участок в световой кривой, а для типа Ia характерны сильные линии кремния и серы при полном отсутствии водорода.

Взрывы типа Ia привлекают особое внимание, поскольку все они имеют примерно одинаковые пиковые светимости. Сходство параметров вспышек, объясняемое тем, что их предшественниками могут быть только углеродно-кислородные белые карлики с массами, подходящими к пределу Чандрасекара, позволяет использовать их для измерения космологических расстояний.

Расхождения характеристик SN Ia, впрочем, всё же допустимы. Связано это с тем, что преодолеть чандрасекаровский предел белый карлик может как при объединении с другим кислородно-углеродным карликом, так и за счёт аккреции — переноса вещества от «обычной» звезды, составлявшей ему компанию в двойной системе. Чтобы провести надёжный расчёт погрешности определения расстояний, необходимо как-то оценить вклад разных механизмов увеличения массы в общую частоту возникновения сверхновых.

Долгое время считалось, что вариант с аккрецией намного более вероятен, но сейчас астрономы в этом уже не уверены. В феврале 2010-го наш соотечественник Марат Гильфанов, скажем, опубликовал статью, в которой утверждалось, что «аккреционные» сверхновые (по крайней мере в эллиптических галактиках) должны составлять не более пяти процентов от общего числа вспышек типа Ia. Такая оценка, основанная на сравнении данных рентгеновской обсерватории «Чандра» с моделью белого карлика, принимающего вещество от звёздного компаньона и ещё за ~10⁷ лет до взрыва становящегося мощным рентгеновским источником, многим показалась неправдоподобной и впоследствии была оспорена, но некоторых специалистов российский учёный всё же сумел убедить. Кроме того, в начале 2012-го астрономы рассчитали частоту слияний белых карликов в Галактике и выяснили, что она приблизительно равна частоте взрывов SN Ia (хотя далеко не все такие слияния, разумеется, ведут к превышению предела Чандрасекара).

Наглядным доказательством того, что SN Ia действительно может появляться при объединении двух белых карликов, оказался остаток сверхновой SNR 0509-67.5 в близлежащем Большом Магеллановом Облаке. Его геометрический центр определяется довольно легко, что в сочетании с оценкой возраста остатка (с точки зрения земного наблюдателя — 400 ± 50 лет) позволяет найти максимальный размер области, в которой может находиться гипотетический бывший компаньон карлика из двойной системы. Так как ничего похожего даже на самую тусклую звезду в очерченной области найдено не было, аккреционная модель в этом случае, очевидно, не подходит.

Изображение SNR 0509-67.5, созданное путём объединения оптических данных «Хаббла» с результатами рентгеновских наблюдений «Чандры» (иллюстрация НАСА / CXC / SAO / J. Hughes et al, ESA / Hubble Heritage Team).

Неопределённая ситуация, которая сложилась в противостоянии двух моделей SN Ia, заставляет теоретиков придумывать новые способы их сравнения. Одним из таких методов стало сравнение по распределению времён задержки (delay-time distribution, DTD) — интервалов времени между идеализированной одномоментной вспышкой звездообразования и следующими за ней взрывами типа Ia. Для механизма объединения белых карликов характерно DTD степеннóго вида с показателем, примерно равным минус единице, а распределения, предлагаемые аккреционными моделями, очень быстро спадают в области задержек, превышающих несколько миллиардов лет.

Для определения DTD как раз и необходимы крупные выборки сверхновых, находящихся в галактиках с известными историями звездообразования. Чтобы составить такую выборку, авторы обратись к спектрам ~700 000 галактик, собранным Sloan Digital Sky Survey. Рисунок ниже даёт понять, что доминирующее положение в этой группе занимают старые и массивные галактики, расположенные на красном смещении z ≈ 0,1. Хотя значительно более удалённые объекты израильтяне исключать из рассмотрения не стали, методика обнаружения и классификации сверхновых была построена так, что ни одной вспышки на смещении z > 0,2 отыскать не удалось.

Ориентируясь на девять десятков найденных SN Ia, астрофизики вычислили частоту таких вспышек, нормированную на звёздную массу. Полученный на z ≈ 0,1 результат согласовался с уже известной закономерностью: эта частота увеличивается по мере уменьшения массы галактик. Что касается расчётов DTD, то вариант степеннóго закона с показателем –1 был признан вполне подходящим; другими словами, данные свидетельствовали в пользу того, что многие сверхновые типа Ia рождаются при слиянии белых карликов.

Распределения галактик, спектры которых изучали израильские астрофизики, по массе и красному смещению (иллюстрация авторов работы).

Подготовлено по материалам arXiv.