Обнаружена самая старая сверхновая

Учёные из Технологического университета Суинбёрна (Австралия) под общим руководством Джеффри Кука нашли следы взрыва рекордно древней сверхновой SN1000+0216. Катаклизм случился 12,1 млрд лет тому назад, всего через 1,6 млрд лет после Большого взрыва.

Обнаруженные сверхновые являются конечным продуктом эволюции звёзд, в сотни раз массивнее Солнца, а энергия их взрыва намного превосходит любую из сверхновых нашей Галактики. (Здесь и ниже иллюстрация Swinburne University, Wikimedia Commons.)

Взрыв удалось выявить благодаря наблюдениям телескопа «Канада — Франция — Гавайи», расположенного на вершине вулкана Мауна-Кеа (4,2 км). Именно отсюда в созвездии Секстанта была замечена необычно яркая звезда с исключительно высоким красным смещением (z ~ 2,05), что говорит о её значительном возрасте. При последующем анализе возраст оказался и вовсе рекордным: это самая старая сверхновая, известная человечеству. Она относится к не слишком распространённому в нашу эпоху классу сверхновых, порождённых аннигиляцией нестабильных пар частица — античастица.

Такие сверхновые взрываются не по стандартной схеме, в ходе процессов, напрямую обусловленных термоядерными реакциями, а из-за рождения электрон-позитронных (электрона и его античастицы) пар при столкновениях ядер атомов и гамма-лучей. Иными словами, взрыв обусловлен не слиянием ядер атомов внутри звезды, а аннигиляцией частиц и античастиц — чрезвычайно высокоэнергетичным процессом, давно не идущим в современных звёздах. В отличие от нормальных сверхновых, гамма-лучи, вызывающие образование электрон-позитронных пар, со временем производятся в недрах таких звёзд во всё бόльших количествах. Дело в том, что электрон-позитронные пары почти сразу после образования аннигилируют, испуская обычно два (и редко более) гамма-кванта. Те, в свою очередь, стимулируют рождение новых электрон-позитронных пар — взаимодействием гамма-кванта с электромагнитным полем ядра. При определённом уровне энергии гамма-излучения процесс идёт по нарастающей: гамма-излучение от аннигилирующих электронов и позитронов растёт лавинообразно, и накапливаемая энергия ядра звезды становится столь большой, что её плазму уже не может удержать гравитация. Затем следует взрыв, который, по оценкам, должен содержать воистину колоссальное количество энергии (аннигиляция — энергически более интенсивный процесс, чем термоядерная реакция). Чтобы процесс пошёл именно так, звезда должна быть почти свободна от металлов и иметь массу от 150 до 250 солнечных.

Когда давление недр такой звезды, разогреваемых аннигиляцией частиц и порождаемым ею гамма-излучением, превышает гравитационное воздействие на её внешние слои, она взрывается.

В наше время таких звёзд почти не делают, поэтому мы видим их лишь в удалённых галактиках. Ранее кандидатами в такие светила числились лишь SN 2006gy и SN 2007bi.

Однако в данном случае красное смещение галактики, в которой находилась сверхновая, соответствует возрасту в 12,1 млрд лет — намного большему (на миллиард с лишним), чем у всех ранее зарегистрированных сверхновых. Вспышка этой сверхновой произошла всего через 1,6 млрд лет после Большого взрыва. В соответствии со своей огромной массой и экзотическим механизмом взрыва яркость таких сверхновых несравнимо больше того, что мы наблюдаем сегодня: она в 10–100 раз превосходит стандартные взрывы. Пока не очень ясно, идёт ли речь о взрыве звёзды, относящейся к необычному поколению III — первым звёздам Вселенной (эти звёзды доминировали в ранней Вселенной и не встречаются ныне), но существует немалая вероятность того, что это именно так.

«Обнаружение первого поколения звёзд — это поиск астрономического Святого Грааля, — отмечает Джеффри Кук. — Расстояния, на которых мы обнаружили наши сверхновые, пресекаются с показателями, в которых мы ожидаем найти эти звёзды».

Отчёт об исследовании опубликован в журнале Nature, а с дополнительной информацией о нём можно ознакомиться здесь.

Подготовлено по материалам Технологического университета Суинбёрна.