Новая звезда на глазах растет в сверхновую

Самые яркие вспышки, которые можно увидеть на небе, — это взрывы сверхновых, сопровождающие гибель массивных звезд. В максимуме блеска такой объект может светить ярче целой галактики, однако случаются они крайне редко — раз в несколько сотен лет на каждый триллион звезд. Чтобы дождаться взрыва, приходится следить сразу одновременно за многими тысячами галактик, так что обычно эти ярчайшие взрывы наблюдаются в виде слабых пятнышек света на фоне далеких звездных систем.

Сверхновая элита

Взрывы сверхновых, конечно, редкость, но даже среди этих объектов есть своя «элита». Это так называемые сверхновые типа Ia. У всех у них одна и та же истинная яркость, а значит, их можно использовать как «стандартную свечу». Например, определять расстояния до далеких галактик, в которых эти взрывы случились, и по этим данным изучать историю расширения нашей Вселенной.

 

 

Между прочим, как сверхновые Ia взрываются вовсе не огромные звезды, а маленькие звездные «трупы» — белые карлики, в которые со временем превращаются звезды-середнячки вроде нашего Солнца. В белых карликах давно закончились ядерные реакции, и мощная гравитация сжала их в очень плотные шарики размером с Землю. От дальнейшего сжатия белые карлики удерживает лишь запрет Паули — квантовый эффект, не разрешающий двум частицам занимать одно и то же положение в фазовом пространстве.

 

В конце 20−х годов прошлого века индийский астрофизик Субраманьян Чандрасекар математически доказал, что массы белых карликов не могут превосходить определенного предела, который составляет примерно полторы массы Солнца. Все они рождаются с массой меньше предела Чандрасекара (а большинство — со вдвое меньшей массой, примерно 0,6 масс Солнца).

Перебрала

Но что произойдет, если на белый карлик начнет падать новое вещество? Например, если он крутится вокруг другой звезды и вещество соседки перетекает на поверхность карлика, рано или поздно предел Чандрасекара будет превышен. Тогда, по мнению астрономов, карлик взрывается, как водородная бомба — или гелиевая, или углеродно-кислородная, хотя такие бомбы человечеством еще не придуманы. В любом случае, ядерные реакции синтеза начинаются по всему телу звезды, и от этого взрыва ничего не остается, кроме расширяющейся газовой оболочки. Это и будет взрыв сверхновой типа Ia.

 

Кстати говоря, системы, в которых белый карлик поедает вещество со звезды-соседки, действительно наблюдаются. И, как показали астрономы Александр Тутуков и Лев Юнгельсон из Института астрономии РАН, примерно в тех количествах, что нужны для измеренного темпа взрывов сверхновых.

 

Такие звезды иногда вспыхивают и до достижения предела Чандрасекара, но не настолько внушительно — их блеск увеличивается всего в сотни или тысячи раз. Такие взрывы, в отличие от вспышек сверхновых, называют вспышками новой. По мнению астрономов, вспышка новой происходит, когда взрывается не вся звезда, а небольшой слой вещества, накопившийся на ее поверхности. Взрывы новых могут происходить не один, а много раз — нужно лишь, чтобы вещества накопилось достаточно для детонации этого слоя.

Гелиевые прародители

Впрочем, все вышеописанное про механизм взрыва — красивая теория на словах, однако получить взрыв сверхновой в подробных компьютерных расчетах намного сложнее. И даже со сверхновыми типа Ia, где все более или менее понятно, есть сложности.

 

Например, отличительная черта сверхновых Ia с наблюдательной точки зрения — это отсутствие линий водорода в спектре, вместо них там ярко светят линии гелия. Белые карлики действительно по большей части лишены легчайшего элемента, ведь они — ядра потухших звезд, в которых весь водород выгорел в ядерных реакциях. Вместе с тем водород — самый распространенный элемент во Вселенной, и внешние слои звезды-соседки, которые будет пожирать белый карлик, наверняка должны состоять из этого элемента. Как же ему не показаться в спектре разлетающегося остатка звезды? Например, в спектре всех новых, которые вроде как должны предшествовать взрыву сверхновых, водород до сих пор наблюдался.

 

На этот вопрос есть два ответа. Во-первых, звездой-донором может стать другой белый карлик. Во-вторых, соседкой может оказаться достаточно массивная гелиевая звезда, водородная оболочка которой уже рассеялась в окружающее пространство, но в самом-самом ядре уже загорелся гелий. Ее внешние слои также состоят из этого элемента, так что и на поверхности белого карлика будет накапливаться именно он. Ему же детонировать при вспышках новой.

Новая Кормы

Именно такую новую ученые и заметили в южном созвездии Кормы ровно девять лет назад. В ноябре 2000 года яркость этой звезды внезапно выросла в 250 раз. Затем она постепенно упала в еще большее число раз и до сих пор не вернулась на довспышечный уровень. Однако главное не в перепадах блеска: в спектре новой Кормы 2000 года, она же переменная звезда V445 Pup (от лат. Puppis — «Корма»), совершенно не было водорода. Не удивительно, что новую стали пристально изучать.

 

В марте 2005 года на него впервые посмотрела и система адаптивной оптики NACO, установленная на телескопе «Йепун» — одном из восьми гигантов Очень большого телескопа VLT Южной европейской обсерватории. Адаптивная оптика исправляет ошибки, которые вносит в изображение нестабильная атмосфера Земли, что позволяет получать с Земли изображения почти с таким же разрешением, как у космического телескопа имени Хаббла. Но диаметр зеркала «Хаббла» всего 2,6 м, а VLT — 8,2 м, так что света он собирает в десяток раз больше. Построить и вывести в космос 8−метровый телескоп пока слишком кучеряво даже для богатых европейских стран.

 

К удивлению астрономов, NACO увидела не какую-то яркую звезду, а вытянутую туманность, похожую на китайскую тряпичную салфетку, перетянутую посредине темной ленточкой. Так выглядят некоторые планетарные и протозвездные туманности, однако у новых ничего подобного прежде увидеть не удавалось.

Кино о небе

Через полтора года NACO посмотрел на V445 Pup, а потом еще и еще, и стало понятно, что эта туманность быстро расширяется. Более того, из свернутой в свиток «салфетки» за время наблюдений в противоположные стороны вылетели две «пробки», которые движутся еще быстрее, чем основная туманность. И весь этот процесс виден в реальном времени, а не в виде застывшего кадра, каковыми астрономам обычно предстают картины звездного неба.

 

Ученые даже сделали из этих снимков маленькое кино, которое сопровождает эту заметку. В дополнение к фильму астрономы под руководством Патрика Ваудта из южноафриканского Кейптаунского университета получили спектр объекта, из которого следовало, что скорость расширения оболочки — от 6 до 7,5 тыс. км/с. Скорость «пробок» — все 8 тыс. км/c, и с такими выбросами в новых ученым еще не приходилось сталкиваться. Эта линейная скорость, видимая скорость расширения туманности на небе и модель этого процесса позволили определить расстояние до звезды — 25−28 тыс. световых лет и определить наклон выброса к лучу зрения.

 

Как оказалось, выброс лежит почти в картинной плоскости, так что темная «ленточка», которая перетягивает «салфетку», скрывает от нас самый центр объекта — белый карлик и его напарницу. Тем не менее полученных данных оказалось достаточно, чтобы определить (ну или хотя бы предположить) физическую природу произошедшего.

 

Ваудт и его коллеги уверены, что здесь речь идет именно о массивном белом карлике в паре с гелиевой звездой. В ноябре 2000 года гелия на поверхности белого карлика накопилось достаточно, чтобы его температура и плотность позволили начаться ядерным реакциям превращения гелия в углерод. Этот углерод (от нынешнего взрыва или от предыдущих), вероятно, стал причиной сильного поглощения света в «ленточке», скрывающей систему от нашего взгляда.

Неясное будущее

Из расстояния до звезды и ее яркости до взрыва (20 тыс. солнечных светимостей) можно примерно «взвесить» белый карлик и оценить скорость перетекания вещества со звезды-соседки. Масса получается и впрямь очень близкой к чандрасекаровскому пределу — 1,3 массы Солнца; еще одна-две десятых — и взрыв сверхновой типа Ia, кажется, неизбежен. На земном небе эта сверхновая должна сравняться яркостью с Венерой.

 

При темпах обмена веществом в 0,001% массы Солнца в год ждать взрыва недолго — десяток-другой тысяч лет. Это быстрее, чем другая похожая сверхновая, дозревающая в том же созвездии Кормы, правда, гораздо ближе к Солнцу.

 

Впрочем, предсказывать, когда в сверхновую превратится новая Кормы 2000 года авторы статьи в Astrophysical Journal пока не решаются. Они вообще не уверены, то это когда-нибудь случится. Ведь при каждом взрыве новой большая часть вещества из ее окрестностей сметается взрывной волной. Сколько там остается? Половина нападавшего в прежние годы, 1% или не остается ничего? Ответа на этот вопрос нет.

 

«Взорвется ли когда-то V445 Puppis как сверхновая, или нынешний взрыв выбросил в пространство слишком много вещества, пока не ясно», — говорит Патрик Ваудт.

Но не удерживается: «И все-таки у нас есть хороший кандидат в будущую сверхновую типа Ia».