«Вспышка близкой сверхновой — это уникальный шанс»

Российский астрофизик Сергей Гребенев рассказал о том, как и зачем астрономы наблюдают вспышку сверхновой

Николай Подорванюк 01.08.2014, 09:53
Галактика M82 (Сигара), в которой произошла вспышка сверхновой SN2014J NASA
Галактика M82 (Сигара), в которой произошла вспышка сверхновой SN2014J

Российские астрономы активно изучают вспышку сверхновой SN2014J, которая произошла в январе. О том, как и зачем проводятся такие исследования, «Газете.Ru» рассказал российский астрофизик Сергей Гребенев.

— Ваша статья, опубликованная в журнале Science, посвящена исследованию вспышки сверхновой 2014J, которая произошла в начале этого года, 22 января, в галактике M82. Насколько ценно для науки, что подобная вспышка произошла относительно недалеко от нашей Галактики?
— Я бы не стал говорить, что эта сверхновая вспыхнула близко: галактика M82 находится от нас на расстоянии 3,5 Мпк, или 11 млн световых лет. Например, известнейшая сверхновая 1987А (SN1987A) наблюдалась на расстоянии в 70 раз меньшем (160 тыс. световых лет). Важно, что вспыхнула сверхновая типа Ia, или так называемая термоядерная сверхновая. Вспышка сверхновых этого типа вызывается термоядерным взрывом белого карлика, достигшего критической массы за счет перетекания вещества со звезды-спутника либо при его слиянии со звездой-спутником (если система состоит из двух белых карликов). Практически все остальные типы сверхновых, включая SN1987A, связаны с коллапсом ядра массивной звезды в результате выгорания в ее центре водорода, гелия и других легких элементов.

Сверхновые типа Ia (SN Ia) имеют практически одинаковую светимость и поэтому широко используются в космологии для определения расстояний (так называемые стандартные свечи). Именно по наблюдениям таких далеких сверхновых было впервые показано, что наша Вселенная ускоренно расширяется, а ее масса более чем на 70% состоит из таинственной темной энергии (за это открытие в 2011 году была присуждена Нобелевская премия. — «Газета.Ru»). Парадоксально, что при этом мы до сих пор имеем весьма смутные представления о физике взрыва и его конкретном сценарии, а утверждение об одинаковой светимости сверхновых типа Ia является чисто эмпирическим.

Так вот SN 2014J — это первая SN Ia, вспыхнувшая с момента появления современных астрономических инструментов на расстоянии, которое позволяет детально исследовать ее не только в оптическом, но и в других диапазонах, прежде всего в рентгеновском и гамма.

В этом ее ценность для науки и ее близость. При взрыве едва ли не половина массы белого карлика превращается в радиоактивный никель-56, распадающийся с испусканием фотонов в рентгеновских и гамма-линиях. Их наблюдение дает непосредственную информацию о количестве образовавшегося никеля, о его распределении, о гидродинамике взрыва и ряде других важнейших параметров. Отмечу, что сверхновые других типов на таком расстоянии в рентгеновских лучах были бы не видны. Во-первых, в них образуется намного меньше никеля (в пять-десять раз), во-вторых, оболочка этих сверхновых намного более массивна, в-третьих, она содержит много водорода, а поэтому в два раза больше электронов на единицу массы. Таким образом, ее непрозрачность гораздо выше, чем в сверхновых типа Ia.

— Какой основной вывод вашей статьи в Science? В заголовке присутствует интригующее словосочетание unusual explosion — «необычная вспышка». Расскажите, пожалуйста, что необычного вы увидели в спектре 2014J?
— Необычность в том, что нам впервые удалось наблюдать гамма-излучение в линиях распада никеля-56 в кобальта-56. Этот распад происходит очень быстро, с экспоненциальным временем 8,8 дня. Поскольку радиоактивные элементы образуются в центре оболочки сверхновой, которая в это время еще непрозрачна, считалось, что увидеть это излучение нельзя, и все усилия были направлены на поиск гамма-излучения от второго этапа распада (кобальт-56 в обычное железо-56). Кобальт распадается с характерным временем 111,3 дня, заметно медленнее никеля. За это время оболочка просветляется и значительная доля рентгеновских и гамма-фотонов сразу или после многократных рассеяний на электронах атомов оболочки выходят наружу. Регистрация излучения от никеля-56 через 17–19 дней после начала вспышки в нашем случае означает, что небольшая доля радиоактивных элементов при взрыве оказывается в самых внешних прозрачных слоях оболочки.

Здесь большой простор для теоретиков объяснить, как это происходит.

В статье предложено одно из объяснений, но мы хорошо понимаем, что возможны и другие модели.

— Как эта статья сообразуется с недавним препринтом на сайте ArXiv, посвященным обнаружению линий кобальта в излучении сверхновой 2014J? По информации «Газеты.Ru», эта статья направлена в Nature. Так ли это? Если это так, то принята ли она к публикации и когда будет опубликована?
— Упомянутая статья (о препринте ранней версии которой вы говорите) относится к более поздней стадии разлета оболочки — около 60–70 дней после вспышки, когда оболочка уже заметно просветлилась, а никель полностью распался в кобальт.

В этом смысле там меньше неожиданного с точки зрения теории (хотя это все же первая регистрация гамма-излучения от распада кобальта-56 в сверхновой типа Ia!).

Результаты этой статьи более важны для измерения основных параметров взрыва по сравнению с нашей статьей в Science, поскольку там наблюдаемое излучение формируется во всем объеме оболочки сверхновой. В то же время выбрать точный сценарий взрыва из нескольких возможных эти наблюдения, похоже, еще не позволят. Критически важными могут оказаться более поздние наблюдения обсерватории Integral, проведенные уже после сдачи этой статьи в печать. Кстати, статья действительно направлена и принята к печати в Nature, хотя я не уверен, что могу обсуждать сейчас эти детали и дату публикации в связи с их жестким эмбарго на общение с прессой.

— Как проводилась работа по данным публикациям? Насколько я понимаю, данные открытия стали возможны благодаря экстренным действиям заявочного комитета телескопа Integral. Расскажите об этом, пожалуйста, подробнее. Входите ли вы в комитет Integral?
— Да, действительно, сразу после сообщения о вспышке сверхновой мы с Рашидом Сюняевым, председателем Российского программного комитета обсерватории Integral (я секретарь этого комитета), обратились к его членам с предложением прервать программу наблюдений по российским заявкам и выделить 1–2 млн секунд (20–40% российской квоты наблюдательного времени этого года) на наблюдения этого уникального объекта. Здесь надо отметить, что Integral создавался как обсерватория для ядерных астрофизических исследований в космосе, поэтому вспышка близкой сверхновой (событие, происходящее в лучшем случае раз в жизни миссии) воспринималась нами как уникальный шанс, который нельзя упустить. Члены комитета горячо поддержали наше предложение, после чего мы обратились в европейский комитет.

Любопытно, что европейские руководители миссии, понимая важность таких наблюдений, были все же в нерешительности, начинать ее массированные наблюдения или нет.

Дело в том, что в 2011 году обсерватория Integral потратила более 2 млн сек. на наблюдения сверхновой SN2011fe, вспыхнувшей на расстоянии 6,5 Мпк (в два раза дальше, чем SN2014J), и без всякого позитивного результата. Предложение Российского программного комитета, похоже, оказалось той каплей, которая переполнила чашу, и решение о начале наблюдений было принято. Еще один интересный момент: европейские специалисты сообщили нам, что наблюдения можно будет начать не ранее чем через несколько недель, так как условия видимости не позволяли сделать это раньше. В своем письме мы настаивали на скорейшем начале наблюдений, предлагая наблюдать сверхновую хотя бы на самом краю поля зрения. Специалисты ЕКА проверили, и оказалось, что все не так уж и плохо, и в итоге первое наблюдение сверхновой обсерваторией Integral началось уже 31 января. Именно благодаря столь раннему наблюдению и были получены результаты, которые легли в основу статьи, опубликованной в Science. Отмечу еще, что данные этого наблюдения (оно продолжалось три дня) не имеют отношения к российской квоте наблюдательного времени. Эти наблюдения проведены из резервов времени руководства обсерватории, предназначенных для исследования уникальных транзиентных объектов. Данные этих наблюдений были сразу открыты для обработки и анализа всем желающим.

— Расскажите, пожалуйста, об остальных авторах статьи в Science. Прокомментируете, пожалуйста, тот факт, что вы там единственный российский aвтор.
— Основным авторoм является Роланд Диль, известный специалист в области ядерной астрофизики из Института внеземной физики (MPE) Общества им. Макса Планка (Гархинг, Мюнхен), члены его команды, а также известные специалисты по взрывам сверхновых. Еще со времени статьи по наблюдениям титана-44 в сверхновой 1987А я с Роландом тесно взаимодействовал, рассказывал о наших новых результатах и работах. С самого начала обсуждал с ним результаты, вошедшие потом в данную работу, участвовал в их проверке, в анализе данных, в многочисленных итерациях текста статьи. Видимо, он посчитал мой вклад весомым и предложил войти в список авторов.