меню содержание news259 news260 news261
Объяснено происхождение колец сверхновой 1987А
|
Прошло уже 20 лет с момента взрыва сверхновой 1987А в Большом Магеллановом облаке, но тайна
трех колец вокруг места взрыва, напоминающих по форме песочные часы, до сих пор не раскрыта.
Астрофизики Томас Моррис (Thomas Morris) и Филипп Подcядловский ( Philipp Podsiadlowski) из Окс-
фордского университета (Великобритания ) построили трехмерную численную модель, объясняющую
свойства тройной системы колец в остатке сверхновой 1987А тем, что взорвавшаяся звезда некогда
образовалась в результате слияния компонент двойной системы.
23 февраля 1987 года Земли достиг свет от вспышки сверхновой в Большом Магеллановом облаке, по-
лучившей название «сверхновая 1987A» ( или SN 1987A - от supernova, SN ). Конечно, сама вспышка
произошла примерно за 160–170 тысяч лет до этого - именно столько времени нужно, чтобы свет
преодолел расстояние, разделяющее нас и карликовый спутник нашей Галактики, но мы, скорее по
привычке, будем говорить о «вспышке 1987 года».
Это была первая сверхновая со времен Кеплера в 1604 году, видимая невооруженным глазом (SN 1604
- последняя сверхновая, зафиксированная в нашей Галактике). Наблюдения позволили получить массу
информации о сверхновой 1987A, что дало возможность существенно продвинуться в понимании фи-
зики взрывов звезд. Благодаря близости Большого Магелланова облака впервые удалось обнаружить
на архивных снимках предсверхновую, то есть взорвавшуюся звезду - ею оказался голубой сверхгигант
Sanduleak –69°202, описанный в 1969 году румыно-американским астрономом Ником Сандуляком.
( Заодно было опровергнуто предположение о том, что все сверхновые образуются из красных сверх-
гигантов.)
Кроме того, в 1987 году работали нейтринные детекторы, поэтому впервые ученые смогли зарегистри-
ровать нейтринный сигнал от взрыва ( за 3 часа до того, как свет от вспышки достиг Земли, сразу нес-
колько нейтринных обсерваторий зафиксировали значительное превышение нейтринного фона ). Но и
это еще не всё. В течение 20 лет, прошедших с момента взрыва ( еще раз подчеркну условность этой
фразы ), ученые следят за эволюцией остатка сверхновой. Всем известны красивейшие изображения
этого объекта. Особенно поражает тройная система колец, высветившихся в остатке сверхновой ( к то-
му же совершенно случайно на остаток спроецировались две звездочки, превратившие два кольца в
перстни с бриллиантами ). Как же эти кольца образовались?
Рис. 1. Результаты моделирования структуры колец в сверхновой 1987А
( из статьи Морриса и Подсядловского astro-ph/0703317 )
Рис. 2. Чтобы понять структуру колец SN 1987A, нужно мысленно воспроизвести
ее трехмерное изображение. Представьте себе песочные часы ( на самом деле,
аналогия с песочными часами неполна, поскольку не хватает стенок часов ).
Меньшее, более яркое кольцо в центре соответствует «талии» часов. А два больших
кольца сверху и снизу расположены на расстоянии 0,4 парсека ( примерно 1,3
светового года ) от плоскости внутреннего кольца. Все кольца находятся примерно
на одной оси. ( Фото с сайта hubblesite.org )
На снимке 1998 года стрелкой обозначено место начала столкновения
SN 1987A в виде желтого пятышка на внутренней стороне кольца.
Кольца не были выброшены при взрыве сверхновой, иначе они должны были бы мгновенно появить-
ся на расстоянии в несколько световых месяцев. (Расстояние внешних колец от места взрыва состав-
ляет более светового года, а внутреннего - чуть более светового полугода, и кинематика колец извест-
на.) Значит, они существовали и до вспышки. Просто взрыв «подсветил» их. Телескоп «Хаббл», запу-
щенный в апреле 1990 года, «увидел» внутреннее кольцо вокруг взорвавшейся сверхновой уже 23-24
августа 1990 года. Два внешних, менее ярких, кольца впервые были обнаружены на снимках «Хаббла»
в 1994 году.
Необычные свойства самой сверхновой (химические аномалии) вкупе с данными по звезде-прароди-
тельнице давно наводили ученых на мысль о том, что голубой сверхгигант Sk –69°202 был образован
в результате слияния двух массивных звезд. Но доказать это очень непросто. Возможно, успешное объ-
яснение свойств колец с помощью трехмерного моделирования отчасти послужит таким доказательст-
вом.
В течение своей жизни звезды активно теряют вещество. Всем известны красивейшие планетарные
туманности, имеющие порой весьма причудливую форму. Все эти чудеса природы образуются из-за
истечений звездного вещества, которые могут происходить в несколько этапов, причем потоки могут
быть сферически несимметричными. Не являются исключением и герои нашего рассказа - кольца
SN 1987A.
Истечение вещества от предсверхновой и стало причиной появления как внутреннего, так и обоих
внешних колец. За прошедшие 20 лет строилось множество моделей, пытавшихся объяснить проис-
хождение колец. Однако они не учитывали особенности распределения вещества вокруг звезды перед
взрывом. Вероятно, поэтому ни одна модель не могла объяснить весь набор наблюдаемых параметров.
Моррису и Подсядловскому, похоже, это удалось.
В модели Морриса и Подсядловского, которую мы будем обсуждать, более мощное излучение соответ-
ствует большей плотности газа. Появление этих уплотнений авторы модели связывают с тем, что
предсверхновая появилась как результат слияния двух звезд. В модели рассматривается двойная сис-
тема, состоящая из звезд с массами примерно 15 и 5 солнечных. Более массивная звезда эволюциони-
рует быстрее. Водород в ядре выгорает, и она уходит с главной последовательности ( см. Диаграмма
Герцшпрунга-Рассела). Затем звезда расширяется, и начинается перенос вещества с одного компонен-
та двойной системы на другой (см. рис. 3, панель a).
Рис. 3. Модель Морриса и Подсядловского. Такая эволюционная схема привела, в част-
ности, к формированию колец. Панель a: начинается неустойчивый перенос вещества
с одной звезды на другую. Образуется общая оболочка (панель b). На этой стадии менее
массивная звезда (она слева) находится еще на стадии главной последовательности (MS),
в то время как вторая, более массивная и, соответственно, быстрее эволюционирующая
звезда, уже сформировала внутри себя углеродно-кислородное ( CO) ядро. Звезды сбли-
жаются внутри общей оболочки, и часть вещества оболочки рассеивается ( панель c).
Наконец, слияние заканчивается (панель d: темно-синий цвет - это уплотнения, то есть
зародыши колец; голубой - вещество, сброшенное при слиянии; красный - вещество,
сброшенное при превращении красного гиганта в голубой; желтый - ветер голубого
гиганта ). После 1000-летней релаксации возникает голубой гигант. К этому моменту
рассеивающаяся оболочка уже сформировала вокруг сложную структуру, которая содер-
жит «зародыши» трех колец. Быстрый и мощные ветер гиганта поддувает всю эту струк-
туру. Перед взрывом сверхновой, который произошел спустя примерно 20000 лет после
слияния, весь набор колец уже готов. Остается только ионизовать вещество в них мощ-
ным потоком ультрафиолета. Рис. из обсуждаемой статьи astro-ph/0703317
Перенос масс в такой системе неустойчив: вторая звезда не может «усвоить» все падающее на нее ве-
щество, поскольку темп переноса слишком велик, и оно «переливается через край». Формируется так
называемая «общая оболочка» - то есть двойная система оказывается погруженной в облако газа. В та-
кой ситуации компоненты двойной начинают сближаться ( рис. 3, панель b), поскольку угловой мо-
мент уносится из системы вместе с веществом оболочки. Часть вещества общей оболочки выбрасыва-
ется ( рис. 3, панель c). Наконец, звезды сливаются.
Сразу после слияния должно образоваться нечто «большое и рыхлое». Это красный сверхгигант - звез-
да с относительно холодными ( а потому красными ) внешними слоями и гигантским радиусом, кото-
рый составляет около 1500 солнечных. Основная масса звезды ( 12 из 20 солнечных масс) сосредото-
чена в гигантской разреженной оболочке. После слияния образовавшаяся звезда быстро вращается
( конечно, быстро лишь для своего гигантского размера ). Поэтому форма ее не сферическая. Часть ве-
щества оттекает, унося избыточный угловой момент. Звезда меняет свой облик. Она сжимается, и че-
рез 1000 лет после слияния возникает голубой гигант ( голубой цвет связан с высокой температурой
во внешних слоях). Он гораздо компактнее и легче, чем красный сверхгигант. Ведь несколько солнеч-
ных масс может быть потеряно звездой за счет оттекающего вещества.
Рис. 4. Распределение вещества вокруг звезды перед взрывом. Черными точками показано
вещество звездного ветра голубого гиганта. Голубым и зеленым - вещество оболочки.
Уплотнения, показанные зеленым на (X, Z) = (0,4, 0,4) и симметрично на (X, Z)= (0,4, -0,4)
станут внешними кольцами ( мы смотрим на правую половину среза в меридиональной
плоскости). Уплотнение в экваториальной плоскости на X= 0,2 парсека станет внутренним
кольцом. Polar axis - полярная ось, equatorial plane - экваториальная плоскость ( все относи-
тельно звезды, экватор звезды совпадает с орбитальной плоскостью двойной, которая
слилась). Звезда находится в точке (0, 0). Рис. из обсуждаемой статьи astro-ph/ 0703317
В процессе слияния и сброса части общей оболочки - то есть еще до появления голубого гиганта - уже
образовались «зародыши» внутреннего и внешних колец. Голубой гигант начинает испускать мощный
звездный ветер, гораздо более быстрый, чем ветер красного гиганта. Вещество ветра сталкивается с
веществом сброшенной оболочки (рис. 3 панель d). Области высокой плотности выносятся ветром го-
лубого гиганта на большее расстояние. Так образуются внешние кольца. Внутреннее кольцо приобрета-
ет свой окончательный облик благодаря взаимодействию ветра голубого гиганта с веществом, вытек-
шим ранее в экваториальной плоскости.
На рис. 4 показано распределение вещества через 20000 лет после слияния ( что соответствует момен-
ту взрыва). Черными точками показано вещество ветра, цветом - вещество туманности. На рисунке
изображена только половина системы, вторая симметрична ей. Чтобы представить всю систему, зер-
кально отразите рисунок относительно оси Z. Звезда находится в точке (0,0). Всё готово к взрыву.
Теперь, чтобы получить изображение на рис. 1, необходимо только «подсветить» полученную структу-
ру взрывом сверхновой и выбрать правильный ракурс. Ведь, хотя уплотнения вокруг предсверхновой
существовали и до взрыва, увидеть с Земли их было невозможно. Вспышка сверхновой за счет мощно-
го ультрафиолетового излучения приводит к ионизации вещества этих уплотнений. Именно так появ-
ляются яркие кольца.
Особенно интересно посмотреть на всю эту картину возникновения колец в движении.
Сделать это можно по следующим ссылкам: astro.physics.ox.ac.uk/~tsm/scipaper/index.html
sciencemag.org/cgi/content/full/315/5815/1103/DC1.
Один из фильмов ( merger.mpg или S1, в зависимости от того, с какого сайта вы их скачиваете ) пока-
зывает, как в результате слияния происходит формирование структуры вокруг звезды. Второй фильм
( wind.mpg или S2 ) демонстрирует, как ветер голубого гиганта врезается в сформированную структу-
ру. Действие первого фильма происходит на масштабе всего лишь 12 лет. Второй фильм рассказывает
об истории продолжительностью 20000 лет.
Сравнение результата моделирования (рис. 1) с фотографией системы колец (рис. 2 ) говорит о том,
что авторы справились со своей задачей. Кроме объяснения внешнего вида всей системы им удалось
также описать кинематические свойства колец. А это уже серьезные аргументы в пользу того, что рас-
смотренная модель верна. И значит, сверхновая 1987А обязана своими удивительными свойствами
слиянию двух звезд.
ссылки: T. Morris, Ph. Podsiadlowski. The Triple-Ring Nebula around SN 1987A:
Fingerprint of a Binary Merger ( astro-ph/0704317 ).
elementy.ru/news/430478?
Сергей Попов
Астрономы рассмотрели "пули" в туманности Ориона
|
На этом инфракрасном снимке видны "пули" ( в виде голубоватых структур )
и оставляемые ими следы ( оранжевого цвета ). Фото Gemini Observatory.
Учёные из обсерватории Gemini, находящейся на Гавайях, сообщили, что смогли получить чрезвычай-
но точные снимки "пуль" в туманности Ориона. Благодаря новым фотографиям удалось рассмотреть
детали этих таинственных структур, узнать некоторые подробности об их строении и эволюции.
Впервые "пули" в туманности Ориона были зафиксированы в видимом свете в 1983 году. Они пред-
ставляют собой облака газа, состоящие в основном из водорода. А как показали новые наблюдения, в
них содержатся ещё и атомы железа, разогретые трением с окружающей средой до 5 тысяч кельвинов.
По словам впервые объяснившего происхождение "пуль" учёного из Университета Южного Уэльса -
Майкла Бартона, новое исследование газовых формирований позволяют разглядеть детали, которые
были смазаны на старых изображениях. Благодаря этому стало возможно проследить изменения в
структуре системы. В 1992 году "пули" впервые были запечатлены в инфракрасной области спектра.
По мнению астрономов, эти сгустки газа были выброшены из центра туманности Ориона вследствие
неизвестного взрыва. Ядра и окружающий их газ состоит из молекулярного водорода. Заострённая
часть сгустков газа насыщена атомами железа, разогретого трением и видимого на изображениях све-
тящимся ярко-голубым светом.
Название структур не должно вводить в заблуждение: размер каждой из них внушителен и в десять раз
превышает диаметр орбиты Плутона. То, что действительно как-то роднит их с пулями, так это огром-
ная скорость движения – эти облака несутся в пространстве со скоростью до 400 километров в секунду
( то есть в тысячу с лишним раз быстрее звука ). Перемещаясь в газовой среде, "пуля" оставляет тяну-
щийся за собой след длиной порядка 0,2 светового года. Объекты разлетаются от центрального источ-
ника, получившего обозначение IRc2. Возраст пуль можно определить, зная их скорость и расстояние
от IRc2.
Положение газовых сгустков в туманности Ориона ( изображение Space.com )
"Пули" - относительно молодые образования, возникшие всего около тысячи лет назад в результате
выброса газа из глубин туманности. Это было вызвано неизвестным, бурно протекавшим процессом,
связанным с формированием скопления массивных звёзд, расположенных в той области.
Когда пули пролетают сквозь внутренние части туманности Ориона, небольшая часть газообразного
железа вызывает голубое свечение верхнего конца каждой пули. Пули оставляют за собой полые стол-
бы, в которых светится нагретый водород.
"Пули" движутся в направлении от туманности, и благодаря высокому уровню точности ( достигнуто-
му с помощью технологий адаптивной оптики и лазерного гидирования) учёные надеются, что смогут
в ближайшие годы отследить перемещение этих интересных объектов.
M42 - туманность Ориона - это ближайшая к нам большая область звездообразования, в которой пыль,
газ и яркие звезды все время изменяются. Туманность Ориона находится на расстоянии около 1500
световых лет, ее можно увидеть невооруженным глазом в созвездии Ориона.
Читайте также об открытии множества объектов и тормозов в туманности Ориона.
ссылки:
membrana.ru/lenta/?7067
terralab.ru/news/312037/
astronet.ru/db/msg/1221330
space.com/scienceastronomy/070322_cosmic_bullets.html
