СПРАВКА

Открыто жесткое рентгеновское излучение титана-44 от остатка сверхновой 1987A

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.


ВЕРНУТЬСЯ К СТАТЬЕ