Нейтронные звезды. Как понять зомби из космоса - Катя Москвич

после взрыва и знали, какая звезда была ее предшественницей15. Однако, кажется, по крайней мере некоторые звезды предупреждают нас о своей неминуемой кончине. Такую звезду астрономы обнаружили в 2013 году. Обычно новый интересный объект находят так: робот-телескоп сканирует ночное небо, а наблюдатели – дежурные астрономы – принимают поступающие данные и отбирают для последующего изучения те объекты, которые кажутся наиболее интересными и подходящими кандидатами в сверхновые. Таким образом, специалисты по возможности быстро стараются обнаружить космическое событие и начать его наблюдать. Когда, осветив сцену великолепным фейерверком, погиб красный сверхгигант, съемку неба в Северной Калифорнии вел дежурный обзорный робот-телескоп Palomar Transient Factory, а ровно через три часа после того, как свет вспышки сверхновой достиг Земли, ее заметили наблюдатели в Израиле. Звезда находилась в относительно близкой галактике и, что привлекло внимание, не была замечена накануне.

Так случилось, что на ту ночь одна из групп заранее забронировала время на телескопе Keck на Гавайях для каких-то других наблюдений. Офер Ярой из Института имени Вейцмана в Израиле поднял на ноги Дэна Перли, астрофизика из Калифорнийского технологического института, имевшего опыт работы с Keck. Перли немедленно попросил оператора телескопа на Гавайях направить телескоп на вспышку и в то же время быстро занял очередь для работы на орбитальном телескопе Swift, чтобы получить данные в рентгеновском и ультрафиолетовом диапазонах.

Используя щелевой спектрограф, Перли удалось получить последовательность из четырех спектров. Метод заключается в том, что собранный телескопом свет направляется в спектрограф, где проходит через щель определенной ширины, для того чтобы, с одной стороны, собрать как можно больше света от искомого объекта, а с другой – оставить за кадром близлежащие светила. “Сегодня, в начале 2020 года, это самые ранние спектры, полученные сразу после взрыва сверхновой”, – говорит Ярон.

До тех пор астрономы считали, что невозможно предсказать, взорвется ли звезда в ближайшие десять тысяч лет. Однако группа Ярона выяснила, что, возможно, в будущем мы сможем наблюдать сигналы-предвестники, указывающие на неизбежную смерть гигантской звезды в течение нескольких лет, а может, даже за несколько месяцев до взрыва сверхновой. Подобным сигналом может служить все более и более ускоряющееся извержение вещества из звезды. Это напоминает подземные толчки, обусловленные быстро поднимающейся наверх магмой, которые являются предвестниками извержения некоторых вулканов16.

Анализируя спектр сверхновой, получившей название SN 2013fs, Ярой и его коллеги обнаружили вокруг умирающей, взрывающейся звезды плотную газовую оболочку из так называемого околозвездного материала. Был ли там этот газ за сотни лет до взрыва, или это ранний предвестник взрыва? В модели коллапса ядра сверхновой предполагается, что до финального взрыва, глядя на звезду, нельзя определить, идет ли уже интенсивный внутренний коллапс ее ядра. Внешняя оболочка звезды, ее промежуточные слои остаются пугающе спокойными до конца – до тех пор, пока не произойдет падение вещества ядра звезды в ее центр. За считаные секунды это приводит к взрыву промежуточных слоев, которые устремляются к центру звезды. Но еще до Ярона другие ученые говорили, что, возможно, умирающие звезды теряют внешние слои газа раньше, чем происходит взрыв сверхновой.

В одном из исследований ученые проанализировали изображения, полученные при роботизированном обзоре шестнадцати сверхновых. Они обнаружили, что действительно до фактического взрыва пяти из них имели место небольшие вспышки. Статья Ярона показывает, что в последние моменты жизни звезды-предшественницы сверхновой, изучением которой занималась его группа, извержение газа происходило несколько раз, что привело к гораздо большей потере массы, чем когда-либо в предыдущие годы. Всего через пять дней после взрыва, когда ударная волна от взрыва сверхновой распространялась по межзвездному пространству, этот газ исчез.

Не все согласны с этими выводами. Другие астрономы думают, что, поскольку вокруг красных сверхгигантов много газа во все время их существования, возможно, околозвездный материал был там очень, очень долго. “Может быть, облако около этой звезды существовало миллионы лет”, – говорит Норберт Лангер, астроном из Боннского университета в Германии. Возьмите, например, Бетельгейзе – красный сверхгигант в созвездии Орион, находящийся довольно близко к Земле, на расстоянии чуть больше шестисот световых лет. Ясно, что он окутан газом, вероятно, существовавшим там тысячи лет, если не больше. Чтобы выяснить, кто прав, следует измерить, насколько быстро газ уносится от взрывающейся звезды. Если быстро – это взрыв газа. Возможно, в случае SN 2013fs удалось определить только верхний предел скорости, но Ярон полагает, что есть явные признаки того, что газ двигался гораздо быстрее характерной для красного сверхгиганта скорости звездного ветра.

Итак, насколько правдоподобно, что внешняя оболочка “знает” о скором взрыве звезды? Звезды настолько велики и так велика их плотность, что любая информация о ядре достигает поверхности через тысячи лет. Однако информация не обязательно должна переноситься фотонами, с трудом проходящими через толщу звезды. Информацию могут переносить ударные волны, а их энергии достаточно для образования на поверхности массивных газовых пузырей. В 2017 году Джим Фуллер, астрофизик из Калифорнийского технологического института, опубликовал статью, где выдвинул гипотезу, согласно которой информация о том, что происходит внутри звезды, может переноситься на поверхность звуковыми волнами. Он сравнил этот процесс с кипящим чайником. Если кипение интенсивное, его можно услышать, поскольку этот процесс приводит к возбуждению звуковых волн в воздухе. Можно предположить, что непосредственно перед взрывом сверхновой ядро звезды “закипает”, что вызывает звуковые волны большой энергии, способные привести к мощным выбросам с поверхности непосредственно перед взрывом.

Не только Ярон и Фуллер считают, что предупреждающие сигналы можно заметить до взрыва сверхновой. Анна Хо изучала не только Корову, но и SN 2018gep – сверхновую типа Ib, обнаруженную системой наблюдения Zwicky Transient Facility. Группа Хо начала наблюдение через несколько часов после того, как излучение от взрыва достигло Земли. В первые дни после вспышки они получили девять спектров – самые ранние спектры для сверхновых такого типа. В отличие от группы Ярона, Хо и ее коллеги наблюдали сверхновую, которая была результатом гравитационного коллапса ядра массивной звезды, утратившей до взрыва внешнюю водородную оболочку. Однако анализ Хо, как и данные Ярона, указывал на то, что признаки неизбежного взрыва звезда демонстрирует заранее. Для сверхновых типа Ib это было первое достоверное наблюдение вспышек-предшественниц, а значит, можно ожидать, что подобные предупреждающие сигналы – распространенное явление для различных типов массивных звезд, а не только для тех, которые взрываются как сверхновая типа II.

Хотя данные, полученные Хо и Яроном, дают представление о составе звезды-предшественницы непосредственно в момент ее смерти, они немного могут сказать о процессе взрыва сверхновой. Большая часть энергии, выделяемой при коллапсе, уносится нейтрино. Ярону надо было понять,