Получены прямые доказательства синтеза радиоактивного изотопа титана-44 (44Ti) при взрыве cверхновой SN1987А. Полная масса синтезированного при взрыве титана оценена приблизительно в 6х1026 кг, что составляет 0,03% массы Солнца или примерно 100 масс Земли.
Авторы исследования — сотрудники Института космических исследований РАН д. ф.-м. н. Сергей Гребенев, к. ф.-м. н. Александр Лутовинов, к. ф.-м. н. Сергей Цыганков и Европейского центра космических исследований и технологий (ESTEC) Европейского космического агентства Крис Винклер (Chris Winkler). Статья опубликована в вышедшем сегодня, 18 октября 2012 года, выпуске журнала Nature.
Считается, что тяжелые элементы (тяжелее углерода и кислорода) во Вселенной образуются только при взрывах сверхновых. Более легкие элементы, в первую очередь гелий, рождаются в ходе термоядерных реакций в недрах звезд, самые массивные из которых способны производить лишь углерод и кислород. Но получение более тяжёлых ядер требует более мощных по энерговыделению процессов, которые может дать только взрыв сверхновой — финальная стадия существования звезды, при которой её ядро коллапсирует под собственным весом, и выделившаяся в результате коллапса энергия «разметает» по пространству внешнюю оболочку, тем самым выбрасывая наружу синтезированные в ходе жизни звезды элементы.
Именно сверхновые, обогатившие межзвездную среду кремнием, кальцием, железом, другими элементами этой группы, сделали возможным образование планет земного типа и зарождение жизни.
Однако, несмотря на множество косвенных, прямых подтверждений этой концепции не так много. Среди наиболее убедительных — регистрация оптического, рентгеновского и гамма-излучения от радиоактивного распада кобальта-56 в железо-56 в остатке сверхновой SN1987А, которая вспыхнула в Большом Магеллановом Облаке 25 лет назад и стала единственной близкой (160 тысяч световых лет) и яркой сверхновой, наблюдавшейся человечеством за последние 450 лет.
В первые три-четыре года после взрыва сверхновой основную энергию, которая питала происходящие в остатке процессы и его излучение, обеспечивал распад радиоактивных изотопов кобальта-56 (и кобальта-57). Предполагается, что после того, как этот источник полностью истощается, энергию для инфракрасного, оптического и ультрафиолетового излучения остатка может дать распад изотопа титана-44 (44Тi), до того момента, как разлетающаяся оболочка начнёт активно взаимодействовать с окружающей средой.
Модельные расчеты показывают, что в коллапсирующих сверхновых типа SN1987А 44Тi может синтезироваться при взрыве в объёме порядка (0,02—2.5)х10−4 масс Солнца. Но до сих пор жесткое рентгеновское и гамма-излучение от этого распада было зарегистрировано лишь от остатка сверхновой Кассиопея А. Возможно, это означает, что верхняя граница этого предсказания описывает лишь исключительные случаи взрыва сверхновых, а значит, заметный выход 44Тi происходит не так часто.
Проблема титана-44 для остатка сверхновой SN1987А ранее исследовалась на основе инфракрасных и ультрафиолетовых данных. Из инфракрасных кривых блеска и спектров ультрафиолетового излучения путем сложных модельно зависящих расчетов была получена оценка массы распадающегося титана порядка (1−2)х10−4 масс Солнца. Но оставалась возможность и других причин этого излучения, с титаном уже не связанных.
Авторы письма, опубликованного в Nature, сообщают о регистрации жесткого рентгеновского излучения от этого остатка в линиях радиоактивного распада титана-44 на энергиях 67,9 и 78,4 килоэлектрон-вольт (кэВ). Результат получен на основе сверхдолгих наблюдений Большого Магелланова Облака орбитальной обсерваторией INTEGRAL в 2003–2011 годах с полной экспозицией 6 миллионов секунд (порядка 1,5 миллиона секунд в 2003 году и порядка 4,5 миллиона секунда в 2010–2011 годах). Это первое прямое доказательство образования титана в момент взрыва этой уникальной сверхновой.
Измеренные потоки излучения на этих энергиях соответствуют массе синтезированного титана-44 порядка (3,1±0,8)х10−4 массы Солнца, вполне достаточной для объяснения ее оптического и ультрафиолетового излучения, наблюдавшегося в течение последних 20 лет. Более того, распадаясь с периодом полураспада 59 лет в радиоактивный скандий-44, a затем практически мгновенно в обычный кальций-44, титан-44 в этой самой большой в локальном объеме Вселенной действующей «мертвой зоне» остатков термоядерного взрыва еще долго будет оставаться активным, обеспечивая мощное излучение в широком диапазоне электромагнитного спектра.
Определённая таким образом масса несколько превышает теоретические расчёты. Это может свидетельствовать как о не совсем обычном режиме взрыва сверхновой, так и о несовершенстве теоретической модели, которая пока включает много оценочных параметров. А потому прямые наблюдения линий титана-44 очень важны для дальнейшего моделирования процессов, происходящих при взрывах сверхновых.
Одним из таких моментов стало предсказание синтеза радиоактивного изотопа титана-44 (44Ti) в остатке вспышки сверхновой (подробнее об этом можно прочитать во врезе), но соответствующее излучение не удавалось зафиксировать ни в одном остатке.
— В журналах уровня Science и Nature редко появляются статьи, где ведущим автором является человек, имеющий российскую аффилиацию. Тем более редкость, когда ведущий автор работает в российском институте. Скажите, пожалуйста, сложно ли российскому ученому опубликовать работу в Nature? Насколько это непростой процесс — отправка и общение с рецензентами в Nature?
— Публикация в Nature — вообще сложное дело, но я бы не сказал, что хоть в чем-то сложности были связаны с нашей российской аффилиацией. Конечно, после принятия статьи ее направили редактору, он работал в том числе над языком, но большинство его замечаний было связано с их house style правилами, довольно своеобразными и отличающимися от других журналов. А так — и редакторы, и специалист, курирующий работы с рецензентами, были очень доброжелательны.
— Сформулируйте кратко для читателей «Газеты.Ru» самый важный результат вашей работы.
— Самый важный результат — это то, что мы показали: радиоактивный изотоп титана-44 действительно есть в остатке сверхновой 1987A и в достаточном количестве для объяснения ее наблюдательных проявлений в течение последних 20–25 лет.
— Планируете ли вы или, может быть, даже проводите сверхдолгие наблюдения на спутнике INTEGRAL других сверхновых и их остатков, чтобы зафиксировать в них излучение в линиях радиоактивного распада титана-44?
— Для многих остатков такие наблюдения уже выполнены, и мы сейчас работаем с ними. Специальных наблюдений больше не планируем, все-таки 1987А — сверхновая исключительная, и на другие остатки, кроме разве что Кассиопеи A (остаток вспышки cверхновой, которая взорвалась несколько сотен лет назад. — «Газета.Ru»), никто времени не даст.
skin: article/incut(default)
data:
{
"_essence": "test",
"incutNum": 6,
"picsrc": "Космическая обсерватория INTEGRAL, совместный проект России и ESA // ESA",
"repl": "<6>:{{incut6()}}",
"uid": "_uid_4817381_i_6"
}
— Обсерватория очень успешная, с ее помощью получено очень много блестящих результатов, причем там, где мы этого совершенно не ожидали.
Например, кто мог подумать, что она удвоит число известных на небе рентгеновских источников, причем откроет ранее неизвестные их популяции?
— Мы часто задаем нашим собеседникам следующий вопрос: «Согласны ли вы с утверждением, что российская наука сейчас переживает не лучшие времена?» Как бы вы ответили на этот вопрос?
— Безусловно, проблем много, хотя в моей области удается поддерживать высокий научный уровень, признанный во всем мире. Отчасти это связано с самой областью — рентгеновская астрономия бурно развивается во всем мире, отчасти — с теми традициями, которые заложили в нашем отделе астрофизики высоких энергий академики Яков Зельдович и Рашид Сюняев.
Но в целом положение тяжелое, создается впечатление, что чиновники от науки заботятся не o развитии исследований и их финансировании, а о борьбе с Академией наук, и относятся к ученым, как к надоедливым просителям денег, и заняты придумыванием вежливых способов, как их не дать.
— Расскажите, пожалуйста, о своих соавторах. Давно ли вы вместе сотрудничаете? Могли бы сказать несколько слов о себе и об отделе астрофизики высоких энергий ИКИ РАН?
— Да, мы все работаем вместе и давно, Александр Лутовинов когда-то был моим аспирантом, сейчас готовится защищать докторскую, Сергей Цыганков был аспирантом Александра. Крис Винклер — научный руководитель обсерватории INTEGRAL, он сразу поверил нашему начальному результату и очень много сделал для получения данных и доведения этой работы до законченного результата.
