Уникальная сверхновая поставила астрономов в тупик

Астрономы обнаружили взрыв сверхновой, в котором странно буквально всё. Необычно изменение яркости со временем, спектр, расположение в родительской галактике и так далее. Открытие может дать ключи к пониманию того, как умирали первые звёзды Вселенной.

Подробности изложены в научной статье, опубликованной в издании Astrophysical Journal.

"Мы иногда видим сверхновые, которые являются необычными в одном отношении, но в остальном нормальные; эта уникальна во всех возможных отношениях", – утверждает соавтор статьи Эдо Бергер (Edo Berger) из Гарвардского университета.

Речь идёт о сверхновой SN 2016iet, также известной как Gaia16bvd и PS17brq. Она была открыта орбитальным телескопом Gaia 14 ноября 2016 года. Вспышка произошла в безымянной карликовой галактике, не внесённой в астрономические каталоги, примерно в миллиарде световых лет от Земли.

"Когда мы впервые осознали, насколько необычной является SN2016iet, моей реакцией было: ага, что-то пошло не так с нашими данными?", – признаётся первый автор статьи Себастьян Гомес (Sebastian Gomez), также из Гарвардского университета.

Но многочисленные наблюдения в разные телескопы убедили учёных, что ошибки нет: сверхновая действительно очень странная.

Первой загадкой оказалась невероятная продолжительность свечения. Обычно светимость сверхновой сильно ослабевает уже за первые 100 дней после взрыва. В течение нескольких месяцев объект перестаёт быть виден на фоне родительской галактики. Однако SN 2016iet, похоже, будет заметна ещё несколько лет.

Другая странность – два последовательных и примерно равных всплеска яркости, как будто сверхновая взорвалась дважды. Их разделяет интервал в 100 дней.

Необычна и огромная выделившаяся энергия. Судя по этому показателю, SN 2016iet – это взрыв светила массой 200 солнечных. SN 2016iet претендует на рекорд как сверхновая с самой большой массой взорвавшейся звезды (предсверхновой).

Светила такой массы – необычайная редкость сами по себе. Но предсверхновая SN 2016iet ещё и находилась в самом неожиданном месте: на расстоянии 54000 световых лет центра родительской галактики, то есть на далёкой окраине, крайне бедной материалом для образования звёзд.

"Как такая массивная звезда может образоваться в полной изоляции, до сих пор остаётся загадкой, – констатирует Гомес. – В нашей локальной области космоса мы знаем только несколько звёзд, которые приближаются по массе к звезде, которая взорвалась как SN 2016iet, но все они находятся в массивных скоплениях с тысячами других звёзд".

Столь громадное светило может образоваться только из газа, крайне бедного элементами тяжелее гелия. В противном случае начавшиеся термоядерные реакции буквально разорвут небесное тело на части. И действительно, спектр SN 2016iet показывает, что вещество имело именно такой химический состав.

В связи с этим вспышка может оказаться настоящим подарком специалистам по ранней Вселенной. Ведь, по расчётам теоретиков, первые звёзды были именно такими: огромными и лишёнными тяжёлых элементов (которых во времена образования этих светил просто не было).

Именно здесь и может таиться разгадка странных свойств SN 2016iet. Астрономы считают, что подобные светила взрываются как парно-нестабильные сверхновые (ПНС). Они так называются благодаря парам из электронов и их античастиц позитронов. Взрыв происходит, когда сильное гамма-излучение в недрах предсверхновой начинает массово порождать эти пары, и стабильность звезды нарушается.

После взрыва обычной сверхновой остаётся нейтронная звезда или чёрная дыра. Но после вспышки ПНС остаётся лишь рассеянное облако газа.

Астрономам известно лишь несколько сверхновых, которые предположительно могли быть парно-нестабильными. Но SN 2016iet – самый сильный кандидат на эту роль.

"Это первая сверхновая, в которой масса и содержание металлов во взрывающейся звезде находятся в диапазоне, предсказанном теоретическими моделями [для ПНС]", – говорит Гомес.

(Поясним, что металлами астрономы называют все элементы тяжелее гелия).

В эту модель прекрасно укладывается необычно большая масса предсверхновой и её бедный тяжёлыми элементами состав. Можно объяснить также и повторную вспышку.

Согласно моделям, перед тем как взорваться в качестве ПНС, звезда теряет значительную часть своего вещества. По расчётам авторов, предсверхновая SN 2016iet в течение десятилетия выбрасывала в космос по три солнечные массы в год. В итоге вокруг звезды образовался своего рода кокон из материи. Через сто дней после взрыва (первая вспышка) его разлетающиеся продукты врезались в эту оболочку (вторая вспышка).

Однако не все наблюдаемые свойства SN 2016iet укладываются в модель парно-нестабильного взрыва. В своей статье авторы утверждают, что, несмотря на общее сходство с ПНС, это событие бросает вызов существующим моделям вспышек сверхновых.