Открытие сверхновой нового типа проливает свет на средневековую тайну

Международная группа астрономов под руководством ученых Калифорнийского университета в Санта-Барбаре из обсерватории Лас-Кумбрес обнаружила первое убедительное свидетельство нового типа сверхновых — сверхновой с захватом электронов. Хотя они теоретизировались в течение 40 лет, реальных примеров не было.

Считается, что они возникают в результате взрывов массивных звезд суперасимптотической ветви гигантов (SAGB), свидетельства о которых также отсутствуют. Открытие, опубликованное в журнале Nature Astronomy, также проливает новый свет на тысячелетнюю тайну сверхновой звезды 1054 года нашей эры, которая была видна во всем мире в дневное время, прежде чем в конечном итоге превратилась в Крабовидную туманность.

Исторически сверхновые подразделяются на два основных типа: термоядерные и с коллапсом  железного ядра. Термоядерная сверхновая — это взрыв белого карлика после того, как он приобрел материю в двойной звездной системе. Эти белые карлики представляют собой плотные ядра, которые остаются после того, как звезда (одна из которых примерно в 8 раз больше массы Солнца) достигает конца своей жизни.

Сверхновая с коллапсом железного ядра возникает, когда у массивной звезды — масса которой примерно в 10 раз превышает массу Солнца — заканчивается ядерное топливо, а ее железное ядро ​​коллапсирует, создавая черную дыру или нейтронную звезду.

Между этими двумя основными типами сверхновых находятся сверхновые с захватом электронов. Эти звезды прекращают синтез, когда их ядра состоят из кислорода, неона и магния; они недостаточно массивны, чтобы создавать железо.

В то время как гравитация всегда пытается раздавить звезду, то, что удерживает большинство звезд от коллапса, — это либо продолжающийся синтез, либо, в ядрах, где синтез остановился, тот факт, что уже нельзя плотнее упаковать атомы. В сверхновой с захватом электронов некоторые электроны в ядре кислород-неон-магний врезаются в свои атомные ядра в процессе, называемом захватом электронов. Это удаление электронов заставляет ядро ​​звезды прогибаться под собственным весом и коллапсировать, что приводит к сверхновой с захватом электронов.

Если бы звезда была немного тяжелее, основные элементы могли бы слиться, чтобы создать более тяжелые элементы, продлив ее жизнь. Так что это своего рода обратная ситуация Златовласки: звезда недостаточно легка, чтобы избежать коллапса ядра, и недостаточно тяжелая, чтобы продлить свою жизнь и умереть позже другими способами.

Эта теория была сформулирована в 1980 году Кеничи Номото из Токийского университета и другими. На протяжении десятилетий теоретики формулировали предположения о том, что искать в сверхновой, захватывающей электроны, и в ее звездных прародителях типа SAGB. Звезды должны иметь большую массу, терять большую часть перед взрывом, и эта масса рядом с умирающей звездой должна иметь необычный химический состав. Тогда сверхновая, захватывающая электроны, должна быть слабой, иметь мало радиоактивных осадков и иметь в ядре элементы, богатые нейтронами.

В новом исследовании команда астрономов обнаружила, что сверхновая SN 2018zd имела много необычных характеристик, некоторые из которых были впервые замечены у сверхновой.

Помогло то, что сверхновая находилась относительно близко — всего в 31 миллионе световых лет от галактики NGC 2146. Это позволило команде изучить архивные изображения, сделанные космическим телескопом Хаббл до взрыва, и обнаружить вероятную звезду-прародитель. Наблюдения согласуются с другой недавно идентифицированной звездой SAGB в Млечном Пути, но несовместимы с моделями красных сверхгигантов, предшественников нормальных сверхновых с коллапсом железного ядра.

Авторы просмотрели все опубликованные данные по сверхновым и обнаружили, что, хотя некоторые из них имели несколько индикаторов, предсказанных для сверхновых с захватом электронов, только SN 2018zd имела все шесть: очевидный предшественник SAGB, сильная потеря массы до сверхновой, необычная звездная химический состав, слабый взрыв, небольшая радиоактивность и богатая нейтронами активная зона.

Новое открытие также проливают свет на некоторые загадки самой известной сверхновой звезды прошлого. В 1054 году нашей эры в нашей галактике появилась сверхновая, которая, согласно китайским и японским записям, была настолько яркой, что ее можно было наблюдать днем ​​в течение 23 дней и ночью почти два года. Образовавшийся остаток, Крабовидная туманность, был изучен очень подробно.

Крабовидная туманность ранее была лучшим кандидатом на роль сверхновой с захватом электронов, но ее статус был неопределенным отчасти из-за того, что взрыв произошел почти тысячу лет назад.

Новый результат увеличивает уверенность в том, что историческая SN 1054 была сверхновой с захватом электронов. Это также объясняет, почему эта сверхновая была относительно яркой по сравнению с моделями: ее светимость, вероятно, была искусственно увеличена из-за столкновения выброса сверхновой с материалом, отброшенным звездой-прародительницей, как это было видно на SN 2018zd.

Результаты наблюдений были опубликованы в журнале Nature Astronomy.