Пенсионный советник

Сверхновая укрепляет кости

Астрономы, возможно, обнаружили неизвестный тип сверхновых

Николай Подорванюк 20.05.2010, 18:06
Галактика NGC1032 // SDSS, Lick Observatory

Астрономы, возможно, обнаружили неизвестный тип сверхновых. Их яркость аномально мала, а их вещество содержит много кальция. Вероятно, такие сверхновые являются источником этого химического элемента и на Земле, в том числе и в костях человека.

Звезды — это естественные лаборатории, синтезирующие химические элементы. Некоторые звезды завершают свою жизнь вспышкой сверхновой, и тогда звездное вещество с огромной скоростью устремляется во все стороны вместе с потоками энергии и излучения. Большая часть вещества, из которого состоят люди и планеты, в том числе и Земля, на которой мы живем, образовалась в результате эволюции звезд и распространилась по Вселенной именно благодаря сверхновым.

В зависимости от наличия в спектре взрыва линий водорода, сверхновые делят на два типа. Если водород имеется в спектре, то это сверхновая II типа, в ином случае ее называют сверхновой I типа.

Существуют два принципиально отличных друг от друга механизма взрыва сверхновых.

Один — это коллапс ядра массивной звезды в конце ее жизни. После взрыва, в зависимости от массы исходной звезды, остается или нейтронная звезда, или черная дыра. В случаях когда коллапсирует и взрывается одиночная звезда, наблюдается сверхновая II типа. Если же речь идет об очень массивной звезде в составе двойной системы, то такая сверхновая относится к типу Ib или Ic.

А вот сверхновые типа Ia взрываются по другому механизму. Звездой — предшественницей взрыва является белый карлик, близкий по массе к пределу Чандрасекара (верхний предел массы, при котором звезда может существовать как белый карлик) и входящий в состав двойной системы. В результате аккреции вещества со звезды-компаньона белый карлик увеличивает свою массу, у него начинают увеличиваться плотность и температура, вследствие этого в ядре звезды, состоящем, как правило, из углерода и кислорода, начинаются термоядерные реакции. Их темп постоянно возрастает, и в конечном итоге это «горение» приводит к выделению огромного количества энергии в виде взрыва белого карлика, который таким образом сбрасывает свою оболочку.

Пять лет назад автоматический телескоп Katzman Automatic Imaging Telescope зарегистрировал яркую сверхновую, получившую название SN 2005e, в одной из ближайших изолированных галактик, NGC1032, открытой еще Уильямом Гершелем в XVIII веке. Робот-телескоп зафиксировал сверхновую на ранней стадии — приблизительно спустя три недели после взрыва. В дальнейшем этот объект пристально наблюдался крупнейшими наземными телескопами, где было установлено, что он имеет невысокую и быстро спадающую яркость. Собрав наблюдательные данные воедино, международная группа ученых представила все имеющиеся результаты работы, и с ними можно ознакомиться в статье в новом номере журнала Nature.

Сверхновая SN 2005e привлекла внимание ученых тем, что ее химический состав и количество выброшенного в окрестности вещества совершенно не подходят ни под один из механизмов взрыва сверхновой.

В окружающее пространство в результате этого взрыва было выброшено вещество, приблизительно равное по массе лишь трети массы Солнца. Кроме того, сверхновая вспыхнула в гало галактики, где находятся преимущественно старые звезды, и рядом с ней нет никаких признаков звездообразования. Эти два факта говорят о том, что сверхновая не принадлежит II типу и типам Ib и Ic. Химический состав вещества, выброшенного сверхновой, демонстрирует большое содержание кальция и титана. Эти элементы образуются в результате ядерных реакций с участием гелия, а не с участием углерода и кислорода. Стало быть речь идет не о белом карлике, и тип Ia для этой сверхновой тоже не подходит.

Вероятно, SN 2005e представляет собой новый, неизвестный ранее тип сверхновой.

Объяснение продемонстрировали сотрудники Института Макса Планка (Германия) Паоло Маццали и Университета Аризоны (США) Дэвид Арнетт. Они провели компьютерные расчеты, в результате которых получили вероятный механизм взрыва этой сверхновой. Ученые полагают, что в данном случае имела место звездная система, состоящая из двух белых карликов. Вещество с одного из них в результате аккреции поступало к другому. «После того как звезда получила определенное количество вещества, началась реакция горения гелия, — объясняет Маццали. — Эти уникальные процессы могут объяснить, откуда взялись некоторые химические элементы».

Отвечавший за инструментальную часть работы Хагай Перетс из Вайцманновского института (Израиль) и астрофизического центра Гарвардского университета (США) заявил, что еще в момент наблюдений SN 2005e стало ясно, что речь идет о неизвестном классе сверхновых. «Это тип относительно слабых сверхновых, поэтому их трудно обнаружить. Но если они не так уж редки, то могли бы дать ответ на некоторые фундаментальные физические загадки о производстве химических элементов во Вселенной», — заявил Перетс.

Согласно подсчетам ученых, если принять, что половину массы, которая выбрасывается данной сверхновой, составляет кальций, то взрыва двух таких звезд будет достаточно для того, чтобы объяснить наблюдаемое во Вселенной количество этого химического элемента.

Как известно, кальций является достаточно важным элементом для живых организмов на Земле, в том числе и для человека, у которого он в большом количестве находится в костях.

Интересно, что эта же группа исследователей в декабре минувшего года опубликовала в Nature свою работу, посвященную другой необычной сверхновой, о чем писала «Газета.Ru».

Галактика NGC4589 и сверхновая SN 2005cz // Subaru Telescope, NAOJ
Галактика NGC4589 и сверхновая SN 2005cz // Subaru Telescope, NAOJ

Сверхновую, подобную SN 2005e, обнаружили и пронаблюдали японские астрономы во главе с Кодзи Кавабатой из университета Хиросимы. В том же 2005 году в эллиптической галактике NGC4589 они обнаружили сверхновую, получившую обозначение SN 2005cz. Она также продемонстрировала невысокую и быстро спадающую яркость и большое содержание кальция. Но авторы статьи, которая также опубликована в новом Nature, утверждают, что наблюдавшаяся ими сверхновая принадлежит типу Ib, хотя она и обладает рядом особенностей, например она вспыхнула в эллиптической галактике, где обычно нет звезд такой большой массы. Моделирование, проведенное учеными, показало, что предшественником сверхновой SN 2005cz является звезда массой 8–12 масс Солнца, входящая в состав двойной системы. В результате аккреции с компаньона звезда набрала нужное количество вещества и сколлапсировала со взрывом сверхновой. «Наша работа, можно сказать, спасла стандартную теорию звездной эволюции, — утверждает Кавабата. — Эта сверхновая была слабой, и поэтому, вероятно, мы не видели такие взрывы раньше. Эти сверхновые имеют важное значение для происхождения различных элементов, которые мы видим сегодня во Вселенной, таких, например, как азот и углерод, которые очень важны для Земли».

В сопровождающей обе работы статье в новом номере Nature Дэвид Бранч из Университета Оклахомы (США) пишет, что только дальнейшие наблюдения за Вселенной помогут выяснить, есть ли связь между сверхновыми SN 2005e и SN 2005cz. И если есть, то какой механизм взрыва имел место на самом деле.