Нейтронные звезды. Как понять зомби из космоса - Катя Москвич

можно ли передать достаточное количество этой энергии газу – веществу звезды и ее внешней оболочки, чтобы инициировать взрыв сверхновой.

Чтобы заглянуть внутрь сверхновой, астрономы изучают образовавшуюся туманность примерно через двести дней после взрыва. Они также наблюдают остаток сверхновой, образовавшийся спустя десятилетия, когда выброшенное газопылевое облако переместилось от места взрыва в космическое пространство, где его сравнительно просто наблюдать. В каком-то смысле взрыв выворачивает исходную звезду наизнанку. Именно в этих остатках звезд ученые обнаруживают тяжелые элементы, из которых образуются планеты, другие звезды и в конечном счете возникает жизнь.

Исследуя спектры на более поздних стадиях эволюции сверхновой, астрономы получают возможность оценить массу и относительное количество каждого из химических элементов, образовавшихся и выброшенных во время взрыва. Кроме того, они могут оценить полную массу звезды-предшественницы и ее состав.

Данные о “сигналах-предвозвестниках” очень ценны, но сейчас принципиально важно использовать подобные методы анализа чаще, при исследовании большого числа других сверхновых. Для этого нужна информация о спектрах на ранних стадиях эволюции, то есть до того, как облако газа, выброшенного при взрыве, перекроет околозвездный диск – скопление газа и пыли вокруг звезды – и “сотрет” всю необходимую информацию о том, как реально погибла звезда. И вот тут сверхновая AT2018cow, неофициально Корова, может помочь.

Сверхновые обычно наблюдают в радиочастотном диапазоне. Удаляясь от места взрыва, звездный материал несет энергию в виде волн с чрезвычайно короткими длинами, но очень быстро возникают все более и более длинные волны. Поэтому астрономы очень редко используют миллиметровые телескопы для изучения космических взрывов, ведь, чтобы увидеть его характерные признаки в диапазоне миллиметровых длин волн, следует делать это очень и очень быстро. “Поэтому, когда приступаешь к наблюдению взрыва, его следы уже сдвинулись в область радио- и сантиметровых длин волн”, – рассказывает Хо.

“Странность и необычность Коровы состояла в том, что ее спектр в оптическом диапазоне совсем не напоминает сверхновую”, – говорит Хо. Чтобы выяснить, действительно ли это был взрыв звезды, надо обратиться к другим свидетельствам. Группа Хо имела возможность исследовать газ и пыль в районе взрыва. Оказалось, что там характеристики среды очень сходны с последствиями такого взрыва: в частности, очень велика плотность газа и пыли. Такую плотность можно ожидать вблизи умирающей звезды, когда она очень быстро теряет вещество. Но, как предполагалось, именно это происходит с массивными звездами перед взрывом. Значит, вероятно, до того, как эта звезда умерла, она извергала и сбрасывала звездный материал. Сохраняющееся в течение месяцев излучение сверхкоротких длин волн также означает, что это не единичный выброс энергии при взрыве. Скорее наблюдался своего рода непрерывный процесс производства энергии, что-то наподобие работы центрального двигателя – аккрецирующей вещество быстро вращающейся, сильно намагниченной нейтронной звезды или новообразованной черной дыры.

Не только члены команды Хо считали, что они наблюдали процесс рождения нейтронной звезды. В другой группе под руководством Рафаэллы Маргутти, астрофизика из Северо-Западного университета в США, пришли к такому же выводу. Группа Маргутти изучала рентгеновское излучение Коровы с помощью аппаратов NuSTAR (Nuclear Spectroscopic Telescope Array, “ядерно-спектроскопическая телескопическая система”) космической обсерватории НАСА и INTEGRAL Европейского космического агентства. Кроме того, они исследовали спектр радиоволн, полученный с помощью телескопов VLA американской Национальной радиоастрономической обсерватории в Нью-Мексико. На основании этого был сделан вывод, что транзиент разогревается изнутри и, следовательно, что-то изнутри снабжает его энергией17.

Однако, чтобы подтвердить, действительно ли внутри Коровы скрывается нейтронная звезда, астрономам надо ждать годы – пока остатки выброшенного при вспышке вещества (газ и пыль вокруг его центра) не рассеются в межзвездном пространстве. “Мы наблюдаем независимо звезды и взрывы, и отдельно нейтронные звезды. Но очень трудно связать эти разные стадии эволюции воедино, – говорит Хо. – Поэтому, если действительно удастся увидеть оставшуюся от Коровы нейтронную звезду, значит, это один из тех немногих случаев, когда удалось наблюдать породивший нейтронную звезду взрыв. Будет очень интересно, если окажется, что мы фактически стали свидетелями рождения нейтронной звезды”.

Если это подтвердится, дальнейшие наблюдения позволят нам сказать больше о том, из какого типа звезд образуются нейтронные звезды. В настоящий момент мы можем изучать нейтронные звезды, поскольку видим их в своей Галактике. Мы знаем – или думаем, что знаем, – что взрываются звезды определенной массы. Но что собой представляла звезда, ставшая затем нейтронной? Как она эволюционировала? Что происходило с ней за время ее существования? Какой была финальная стадия ее жизни? Теряла ли она массу, а если так, происходило ли это спокойно и постепенно или стремительно, в результате взрыва? Мы этого совершенно не представляем. Поэтому, если внутри Коровы есть нейтронная звезда, эта зомби-звезда может многое рассказать о живых звездах. Но сейчас нам остается только ждать, надеясь, что она там есть и как-то проявит себя.

Покидая ALMA, я знала, что когда-нибудь вернусь сюда. Завораживающее высокогорное плато Чахнантор, антенная система из кажущихся сверхъестественными тарелок и другие телескопы, разбросанные тут и там по бесконечной, каменистой и бесплодной, но почему-то удивительно прекрасной местности… Это искушение, перед которым мне не удастся устоять. До встречи, Атакама.

Чуть глубже: Всплеск пульсаров

За последние пятьдесят лет астрономы обнаружили в Млечном Пути около трех тысяч радиопульсаров и наблюдали несколько десятков остатков сверхновых. Но все еще не удается четко разграничить смерть звезды и рождение сверхновой. Например, мы знаем, что все звезды движутся – обращаются вокруг центров своих галактик. Обычно скорость такого движения составляет от 65 до 100 километров в секунду. Но мы не знаем, почему часто “новорожденная” нейтронная звезда выбрасывается с места взрыва сверхновой, движущегося со скоростью от 200 до 500 километров в секунду, в направлении, противоположном его движению. Причем скорость такого “снаряда” гораздо больше скорости, которая была у исходной звезды.

Ученые называют это “пульсарный кик (пинок)”. Ханс-Томас Янка, астроном из Института астрофизики Общества Макса Планка в Германии, считает, что кики, вероятно, объясняются тем, что взрыв сверхновой не идеально сферически симметричен. Такой асимметричный взрыв похож на спокойно поднимающийся сигаретный дым, в котором вдруг возникают вихревые потоки.

В марте 2019 года космический гамма-телескоп Fermi помог астрономам отследить пульсар, получивший название J0002+6126, который находится на расстоянии примерно 6500 световых лет от нас. Этот пульсар, выброшенный взрывом породившей его звезды, мчится сквозь пространство со скоростью около четырех миллионов километров в час. Его скорость почти вдвое больше средней скорости пульсара, и за собой он оставляет светящийся след длиной в тринадцать световых лет. Если бы космический корабль на такой скорости полетел на Луну, он оказался бы на месте всего за шесть минут (другой вопрос, удалось