Супернови - одні з найенергійніших і найпотужніших подій у спостережуваному Всесвіті. І хоча ми знаємо, що наднови відповідальні за створення важких елементів, необхідних для всього, від планет до людей до електроінструментів, вчені давно намагаються визначити механіку за раптовим колапсом та подальшим вибухом масивних зірок.
Тепер, завдяки місії НАСА NuSTAR, ми маємо перші чіткі підказки щодо того, що станеться перед тим, як зірка піде «бум».
На зображенні вище зображено залишок наднової кассіопеї А (або коротко Cas A) з даними NuSTAR у синьому кольорі та спостереженнями рентгенівської обсерваторії Чандра червоного, зеленого та жовтого кольорів. Це ударна хвиля, що залишилася від вибуху зірки приблизно в 15-25 разів масивнішою, ніж наше Сонце за 330 років тому *, і вона світиться в різних довжинах хвиль світла в залежності від температури та типу елементів, що присутні.
Попередні спостереження з Чандрою виявили рентгенівські викиди від розширення оболонок і ниток гарячого газу, багатого залізом у Кас А, але вони не змогли заглянути досить глибоко, щоб краще зрозуміти, що знаходиться в структурі. Це було, поки НАСА ядерний спектроскопічний телескопічний масив - це NuSTAR для тих, хто знає - не повернув рентгенівське бачення на Кас А, щоб виявити відсутні фрагменти головоломки.
І вони виготовлені з радіоактивного титану.
Було зроблено багато моделей (використовуючи мільйони годин суперкомп'ютерного часу), щоб спробувати пояснити супернови, що розвалюються. Один із провідних зірок зірвав потужними струменями, що стріляли з його полюсів - щось, що асоціюється з ще більш потужними (але зосередженими) гамма-вибухами. Але не здавалося, що струмини стали причиною Cas A, який не демонструє елементарних залишків у своїх реактивних структурах… і крім того, моделі, що покладаються тільки на реактивні літаки, не завжди призводили до повноцінної супернової.
Як виявляється, наявність асиметричних скупчень радіоактивного титану глибоко в оболонках Cas A, виявлених на високоенергетичних рентгенівських знімках NuSTAR, вказують на дивно інший процес у процесі гри: "збивання" матеріалу всередині прародителя. зірка, яка починає ударну хвилю, врешті-решт розриває її.
Перегляньте анімацію, як відбувається цей процес:
Збивання, яке виникає за певний проміжок часу всього пару сотень мілісекунд - буквально за мить ока - уподібнюється окропу на плиті. Коли бульбашки прориваються на поверхню, пар вивержується.
Тільки в цьому випадку виверження призводить до шалено потужної детонації цілої зірки, підривання ударної хвилі частинок високої енергії в міжзоряне середовище і розсіювання періодичної таблиці важких елементів у галактику.
У випадку Cas A титан-44 викидався в скупчення, що перегукуються з формою початкової асиметрії розрізання. NuSTAR зміг зобразити та накреслити титан, який світиться на рентгені через його радіоактивність (а не тому, що нагрівається розширенням ударних хвиль, як інші легші елементи, видимі Чандрі.)
"Поки у нас не було NuSTAR, ми не могли насправді побачити ядро вибуху", - сказав астроном Caltech Брайан Грефенштетт під час телеконференції НАСА 19 лютого.
"Раніше важко було інтерпретувати те, що відбувається в Кас А, тому що матеріал, який ми могли бачити, світиться лише на рентгенограмі, коли він нагрівається. Тепер, коли ми можемо побачити радіоактивний матеріал, який світиться в рентгені, незважаючи ні на що, ми отримуємо більш повне уявлення про те, що відбувалося в основі вибуху ».
- Брайан Грефенштетте, провідний автор, Caltech
Гаразд, так чудово, кажете ви. НАСТА NuSTAR знайшов сяйво титану в рештках підірваної зірки, Чандра побачила трохи заліза, і ми знаємо, що воно руйнувалося і «закипіло» частину секунди, перш ніж воно вибухнуло. І що?
"Тепер вам слід подбати про це", - сказав астроном Роберт Кіршнер з Гарвард-Смітсонівського центру астрофізики. "Супернові складають хімічні елементи, тож якщо ви купили американський автомобіль, його не робили в Детройті два роки тому; атоми заліза в цій сталі вироблялися під час стародавнього вибуху наднової, який відбувся п'ять мільярдів років тому. А NuSTAR показує, що титан, який знаходиться у вашому дядьку Джека, замінив стегно, був також у цьому вибуху.
"Ми всі зірчасті, а NuSTAR показує нам, звідки ми прийшли. Включаючи наші запчастини. Тож вам слід подбати про це… так само і ваш дядько Джек.
І дослідники NuSTAR зможуть досліджувати не просто супернові руйнування ядра. Будуть також вивчені інші типи наднових - у випадку з SN2014J, типу Ia, який був помічений у M82 у січні, навіть одразу після їх появи.
"Ми знаємо, що це тип білої карликової зірки, яка детонувала", - головна дослідниця NuSTAR Фіона Харрісон відповіла журналу "Космічний журнал" під час телеконференції. "Це дуже хвилююча новина ... NuSTAR вже тиждень переглядає [SN2014J], і ми сподіваємось, що зможемо щось сказати і про цей вибух".
Одне з найцінніших досягнень останніх висновків NuSTAR - це створення нового набору спостережуваних обмежень для майбутніх моделей наднових руйнів ядер… які допоможуть дати відповіді - і, ймовірно, нові питання - про те, як вибухають зірки, навіть сотні чи тисячі років після того, як вони це роблять.
"NuSTAR - новаторська наука, і ви повинні розраховувати, що коли ви отримаєте нові результати, вона відкриє стільки питань, скільки ви відповісте", - сказав Кіршнер.
Запущений у червні 2012 року, NuSTAR - це перший фокусуючий жорсткий рентгенівський телескоп на орбіту Землі і перший телескоп, здатний виробляти карти радіоактивних елементів у залишках наднових.
Детальніше про випуск новин JPL читайте тут, а повну прес-конференцію слухайте тут.
* Оскільки Кас А проживає на відстані 11 000 світлових років від Землі, то фактична дата наднової була б приблизно 11,330 років тому. Дайте або візьміть кілька.
