Супернова: Вибух у 3000 мільйонів разів яскравіше за Сонце

Зірка не згасає тихо, коли детонує. На піку своєї яскравості супернова може бути приблизно у 3000 мільйонів разів яскравіше за Сонце, якби ці два об'єкти були на одній відстані від спостерігача – вспалах настільки насильницький, що його можна простежити з інших галактик протягом місяців.

Астрономи розділяють ці вибухи на дві великі категорії: деякі походять від раптового, неконтрольованого переозначення вигорілого зоряного ядра, званого білий карлик, тоді як інші позначають остаточний колапс ядра масивної зірки. Обидва процеси закінчуються однаково, у вибуху, який засіває простір новими елементами і часто залишає дивний, компактний труп.

Те, що слідує, це не загальна схема, яку повторює кожна стаття. Це набір конкретних, підтвердених чисел: як швидко летять уламки, на якій відстані вимірювалися найслабкіші, і що насправді було знайдено в залишках.

Білий карлик – це вигоріле зоряне ядро ​​настільки щільне, що лише тиск електронів запобігає його подальшому колапсу. Якщо вона повільно поглинає газ від супровідної зірки, її маса може наближатися до межі Чандрасекара, приблизно у 1,44 рази більша за Сонце – точка, за якою тиск електронної виродження більше не може тримати зірку проти її власної гравітації.

Як тільки починається запалення, зірка не просто колапсує; вона детонує. Матерія викидається на 5000-20000 кілометрів на секунду, приблизно 6% швидкості світла. Частина цих уламків продовжує розширюватися протягом століть: подвійна виродженість, коли дві білі карлики злиття замість того, щоб одна повільно харчувалася від супутника, може пояснити, чому G1.9+0.3, наймолодший відомий залишок супернови в нашій галактиці, залишався яскравішим і більшим протягом десятиліть після його утворення.

Супернови настільки поширені, що професійні та аматорські небесні обстеження виявили понад 200 нових за один рік, 2012 – і SN 2012fr, виявлена ​​того жовтня, посідала місце серед найяскравіших за той рік.

Ця яскравість робить цифру 3000 мільйонів більше ніж абстракцією: астрономи можуть безпосередньо порівняти світло вибухаючої зірки зі світлом Сонця на порівнятній відстані і отримати реальний співвідношення замість просто приблизного враження. Спостереження того, як один об'єкт переходить від невидимого до ненадовго яскравішого за його власну галактику, є частиною причини, чому полювання на супернови продовжує розширюватися.

Деякі супернови настільки давні, що були зареєстровані історико замість телескопів, але їх уламки можуть бути виміряні з сучасною точністю. Залишок SN 1006 – вибух достатньо яскравий, щоб привернути увагу по всьому середньовічному світу – знаходиться приблизно на відстані 2,17 (плюс-мінус 0,08) кілопарсеків від Землі, відстань, визначена шляхом стеження повільного зміщення його світлих волокон протягом десятиліть зображень.

Це вимірювання відстані дозволяє астрономам працювати в зворотному напрямку до розрахованої піку яскравості первісного вибуху, і результат збігається з серединою діапазону оцінок яскравості, зареєстрованих спостерігачами, які спостерігали фактичне розгортання подій набагато до того, як телескопи існували.

Не всі вибухи білого карлика повністю знищують свою зірку. Астрономи виявили понад 30 незвичайно слабких "мініатюрних супернов" – вибухів настільки слабких, що білий карлик у їх центрі міг би вижити замість того, щоб бути стертим.

Одна з них, SN 2012Z, розташована в галактиці-господарі NGC 1309, приблизно на відстані 110 мільйонів світлових років. Порівняння її з однаково слабкою подією, SN 2008ha, показує, наскільки широко може варіюватися цей скорочений клас: SN 2012Z входить до найпотужніших з цих недостатньо потужних вибухів, тоді як SN 2008ha входить до найслабших. Закономірність не була сюрпризом після того, як сталося – ще в 2009 році дослідники вже запропонували, що такі події походять від білого карлика в парі з гелієвою супутньою зіркою, років до того, як SN 2012Z дав їм можливість безпосередньо перевірити цю ідею.

Не всі супернови слабкі або близькі. ASASSN-15lh, найяскравіша супернова, коли-небудь зареєстрована, знаходиться приблизно на відстані 3,82 мільярда світлових років від Землі. Вперше виявлена ​​в червні 2015 року, вона досягла піку приблизно у 570 мільярдів разів яскравіш за Сонце – у два рази більше болометричного випромінювання будь-якої іншої відомої супернови.

Один зоряний вибух, що ненадовго перевершує яскравість сотень мільярдів Сонців, – це корисне нагадування про те, скільки енергії міститься всередині звичайно виглядаючої зірки перед тим, як вона вибухне.

SN 1987A залишається еталонною близькою супернавою сучасної ери. Астрономи розміщують її приблизно на 51,4 кілопарсека – приблизно 168000 світлових років – що робить її найближчим зоряним вибухом, коли-небудь задокументованим, з тих пір як Йоганнес Кеплер стежив за одним у 1604 році, досить близько, і досить недавно, щоб інструменти по всій планеті могли детально вивчати це.

Теорія передбачала, що колапсуюче ядро ​​повинно було залишити нейтронну зірку, але протягом десятиліть ніхто не міг це підтвердити. Це змінилося в 2019 році, коли астрономи, використовуючи Atacama Large Millimeter Array, повідомили про непрямі докази колапсованої нейтронної зірки в залишку. Те, що вижило від вибуху, як очікується, повинно нагадувати типові нейтронні зірки в інших місцях: об'єкти з радіусом близько 10 кілометрів, які містять близько 1,4 маси Сонця.

Саме слово "супернова" має лише століття. Вальтер Бааде і Фріц Цвіккі отримують заслугу: пара ввела цей термін під час лекції з астрофізики в 1931 році, запозичивши "новий", яке астрономи вже використовували для зірки, що світлішає, і додавши "супер" після того, як вони зрозуміли, що ці подій були категорично більшими.

Один із об'єктів, який допоміг зробити цю різницю очевидною, знаходиться всередині Крабової туманності – залишків супернови, яку китайські астрономи зареєстрували в 1054 році н.е.

У його центрі знаходиться Крабовий пульсар, нейтронна зірка лише 28-30 кілометрів завширшки, яка обертається 30,2 рази на секунду – компактний залишок вибуху, достатньо яскравого для того, щоб спостерігачі з іншого боку планети записали його без телескопа, століттями раніше, ніж Бааде та Цвіккі дали цьому явищу його імя.

• ESO: Зростання і падіння супернови
• arXiv: Залишок SN 1006 — Оптичні власні рухи, глибока навколишність, відстань та яскравість при максимумі
• arXiv: Молоді залишки супернов типу Ia та їх попередники — SNR G1.9+0.3
• ScienceDaily: Хаббл знаходить систему зоряної супернови, пов'язану з потенціальною "зомбі-зіркою"
• Wikipedia: Супернова
• Wikipedia: Супернова типу Ia
• Wikipedia: SN 1987A
• Wikipedia: Нейтронна зірка
• Wikipedia: Крабова туманність