Ударная волна в остатке сверхновой Cassiopeia A движется вспять

Рентгеновские снимки демонстрируют сложную динамику ударных волн и плазмы в остатке сверхновой Cassiopeia A. Расширение облака плазмы неоднородно, а некоторые участки ударной волны движутся к центру взрыва, то есть в обратном направлении.

Остаток сверхновой Cassiopeia A расположен в 11 тысячах световых годах от Земли, это один из самых близких и молодых известных объектов такого рода. Сама вспышка в созвездии Кассиопея могла наблюдаться во второй половине XVII века, однако из-за мощного поглощения в пылевом диске Галактики она не впечатлила земных наблюдателей. Вероятно, ее видел английский астроном Флемстид в 1680 году — как тусклую звездочку шестой величины на пределе видимости невооруженным глазом.

Межзвездное поглощение затрудняет изучение многих объектов Млечного Пути, но с развитием мультиволновой астрономии остаток этой сверхновой стал удобным объектом для исследования. В других диапазонах электромагнитного излучения поглощение слабее, чем в оптическом, и образовавшуюся туманность, как и многие другие объекты Галактики, можно разглядеть и изучить во всех деталях.

В недавнем исследовании ученые во главе с Джакко Винком из Амстердамского университета изучили остаток сверхновой Cassiopeia A в рентгеновском диапазоне. Для этого они сопоставили и обработали серию архивных снимков космической обсерватории «Чандра», снятых в течение 19 лет. Оригинальная статья с результатами исследования вышла на сайте препринтов arxiv.org.

Легко предположить, что облака плазмы, порожденные столь мощным взрывом, как сверхновая, должны однородно расширяться во все стороны, словно надуваемый воздушный шар. Однако это представление оказывается далеким от истины.

Изображение остатка сверхновой Cassiopeia A в рентгеновском диапазоне, составленное из снимков космических телескопов Chandra и Imaging Polarimetry X-Ray Explorer / © NASA/CSC/SAO/IXPE

Остаток сверхновой Cassiopeia A состоит из облака плазмы, неравномерно расширяющегося со средней скоростью 5800 километров в секунду, и в нем можно выделить две концентрические ударные волны. Внешняя приблизительно совпадает со внешним краем туманности, в то время как внутренняя ударная волна распространяется против направления потока самой плазмы со средней скоростью 3000 километров в секунду.

В западном участке ударной волны эта скорость достигает 8000 километров в секунду и превышает по величине скорость самого потока. Таким образом, данный участок сам движется к центру туманности со скоростью до 2000 километров в секунду, аналогично тому, как волны могут подниматься вверх против течения реки.

Тщательный анализ серии снимков выявил и другой необычный факт — ускорение внешней волны в той же области, достигающее 0,5 километра в секунду за год. Обычно ударные волны от вспышек сверхновых со временем только замедляются, встречая сопротивление сброшенных ранее оболочек и межзвездной среды.

Изображение и схема движения ударных волн в Cassiopeia A, по результатам обработки снимков Chandra. / © J.Vink/astronomie.nl

Ученые предлагают следующий механизм наблюдаемой картины. Взорвавшаяся звезда появилась на свет как массивное светило массой 15-25 солнечных. Незадолго перед взрывом она полностью сбросила внешнюю оболочку, в которой образовалось уплотнение на западном участке.

В случае прародителя Cassiopeia A пока не известно, чем была вызвана эта потеря, — возможно, оболочку помог снять близкий компонент, позднее поглощенный им или взорвавшийся. Но сброс оболочки превратил его в звезду класса Вольфа-Райе массой всего четыре-шесть солнечных, обладающую огромной светимостью и сильнейшим звездным ветром. Этот ветер расчистил ближайшие окрестности от сброшенного материала, а затем звезда взорвалась.

Выброшенный во вспышке сверхновой раскаленный материал на высокой скорости столкнулся с внутренним краем сброшенной ранее оболочки, и вызвал взрывообразный скачок температуры и давления. Он и спровоцировал оба наблюдаемых эффекта. Сначала образовалась вторая ударная волна, распространяющаяся против набегающего потока, в разреженные внутренние области остатка сверхновой. Затем исходная волна прошла оболочку насквозь и, вероятно, сфокусировалась в уплотненном участке оболочки, что привело к ее ускорению.

Стоит отметить, что сама по себе сложная динамика движения вещества в остатках взрывах сверхновых — явление известное. Она вызвана сложностью процессов, происходящих на поздних стадиях эволюции массивных звезд: и сбросу оболочек, и самому взрыву присуща значительная асимметрия. Многие детали этих сложных и разнообразных явлений еще остаются неизученными.