7879
20
Читайте AstroNews в Яндекс.Дзен
к последнему комментарию
РЕСС-ЦЕНТР ИКИ РАН
"Российские астрофизики и их зарубежные коллеги впервые наблюдали гамма-излучение от распада радиоактивного изотопа кобальта-56 после вспышки сверхновой SN2014J. Эти данные блестяще подтвердили теоретическую концепцию того, что сверхновые типа Ia — это гигантские термоядерные взрывы белых карликов, сверхплотных остатков звезд. Об этом замечательном открытии говорится в вышедшей 28-го августа статье в журнале Nature, лидирующими авторами которой являются астрофизики из Института космических исследований РАН.
Считается, что сверхновые типа Ia являются результатом термоядерного взрыва углеродно-кислородного белого карлика, в процессе которого синтезируется большое количество радиоактивного никеля-56. После взрыва происходит цепочка распадов: никель превращается в кобальт-56, который затем распадается в железо..., в ходе чего рождаются многочисленные гамма-фотоны. Они взаимодействуют с расширяющейся оболочкой сверхновой, нагревают ее и обеспечивают мощное оптическое свечение оболочки.
Именно яркость и предсказуемое поведение оптических кривых блеска подарили сверхновым типа Ia название “стандартные свечи”, которые используют для вычисления расстояний между объектами во Вселенной. Однако, хотя уже открыты сотни таких сверхновых в разных галактиках, их гамма-излучение ни разу не было зарегистрировано. В результате исследователи имели дело лишь с оптическим излучением — результатом переработки гамма-лучей во внешних слоях разлетающейся оболочки. За всю космическую эру, то есть более полувека, не произошло ни одного взрыва сверхновой типа Iа ни в одной из ближайших к нам галактик. И вот это произошло. 15-го января 2014 года новая сверхновая типа Ia взорвалась в галактике M82. Названная SN2014J, она оказалась достаточно близко (11 миллионов световых лет), чтобы орбитальная обсерватория ИНТЕГРАЛ смогла впервые напрямую обнаружить излучение в двух самых ярких гамма-линиях и полностью подтвердить теоретическую концепцию сверхновых типа Ia как гигантских термоядерных взрывов.
Важность этого события не только в том, что подтвердились теоретические предсказания. Несмотря на долгую историю наблюдений и численных экспериментов, детальная физика взрывов сверхновых типа Ia и эволюция компактной звезды-предшественника до взрыва остается предметом горячих споров. В большинстве моделей оболочка сверхновой остается непрозрачной для гамма-излучения на протяжении 10—20 дней после взрыва — иными словами, в это время её нельзя увидеть в гамма-лучах. Со временем оболочка становится более прозрачной и большая часть гамма-квантов проходит сквозь нее ... и могут быть зарегистрированы орбитальными обсерваториями.
[ Цепочка распадов 56Ni = > 56Co = > 56Fe высвобождает большое число гамма-квантов и позитронов. На начальном этапе расширения оболочки (10–20 дней) гамма-кванты «гибнут» в оболочке сверхновой, нагревая ее и вызывая свечение оболочки и оптическом диапазоне. Позднее оболочка становится прозрачной и гамма-кванты имеют возможность выйти из оболочки. Спектр излучения сверхновой формируется из гамма-линий, их комптонизированного излучения и излучения аннигиляции позитронов © ИКИ РАН ]
До сих пор этого не случалось, прежде всего потому, что источники были слишком далеки и вспыхивают они достаточно редко. Из исторических хроник мы знаем, например, что последний надежно идентифицированный взрыв SNIa в нашей Галактике случился в 1604 году – это была сверхновая Кеплера.
«Нам очень повезло, и прежде всего потому, что в распоряжении ученых ИКИ РАН была орбитальная обсерватория ИНТЕГРАЛ», говорит главный научный сотрудник ИКИ РАН академик Рашид Сюняев, научный руководитель от России международной обсерватории ИНТЕГРАЛ.
Новость о (случайном!) открытии близкой сверхновой в галактике M82 пришла 21-го января 2014 года. Астроном Стив Фоcси (S.J. Fossey) с группой студентов из Университетского колледжа Лондона заметили новую яркую звезду, наблюдая М82 в небольшой телескоп, свойства которой однозначно говорят о том, что мы имеем дело со сверхновой типа Ia, получившей название SN2014J. Галактика М82 находится на расстоянии в 11 миллионов световых лет от нашей, что сразу сделало SN2014J кандидатом на ближайшую SNIa за последние несколько десятков лет. Такое редкое событие инициировало многочисленные наблюдения телескопов и обсерваторий во всем мире, включая обсерваторию ИНТЕГРАЛ.
«Мы благодарны Российскому научному комитету проекта ИНТЕГРАЛ за согласие прервать регулярную программу наблюдений и потратить миллион секунд из российской квоты наблюдательного времени на наблюдения этой сверхновой. Именно в ходе этих наблюдений мы увидели первые признаки распада радиоактивного кобальта в спектре гамма-излучения сверхновой», — говорит Рашид Сюняев.
После взрыва гамма-фотоны, порожденные распадом никеля и кобальта, распространяются через вещество оболочки и теряют свою энергию в результате комптоновского рассеяния и эффекта отдачи. Никель-56 распадается в кобальт-56 всего за 10 дней. В это время вещество сверхновой еще непрозрачно для гамма-квантов, и только излучение радиоактивного никеля, расположенного во внешней части разлетающейся оболочки имеет шанс выйти из оболочки. Последующий распад кобальта-56 в железо-56 занимает гораздо больше времени (~111 дней), и к моменту, когда расширяющаяся оболочка становится почти прозрачной, кобальт-56 доминирует, превращая сверхновую типа Ia в долгоживущий источник гамма-линий кобальта.«Наблюдения обсерватории ИНТЕГРАЛ между 50-м и 100-м днями с момента взрыва надежно зарегистрировали излучение в двух наиболее мощных гамма-линиях распада радиоактивного кобальта 56Co на энергиях 847 и 1237 кэВ, а также континуум на энергии в сотни кэВ», — говорит первый автор статьи, опубликованной в новом выпуске Nature, ведущий сотрудник ИКИ РАН член-корреспондент РАН Евгений Чуразов.
Зафиксированный поток .... свидетельствует, что радиоактивного никеля в процессе термоядерного взрыва звезды было синтезировано около 0,6 массы Солнца. На 75-ый день светимость сверхновой в гамма-лучах уже в три раза превышала оптическую. Наблюдаемая ширина линий говорит о том, что характерная скорость разлета вещества сверхновой составляет около 10 000 км/сек.
«Все эти параметры неплохо согласуются с предсказаниями самых простых сценариев эволюции белых карликов, которые говорят, что взрыв происходит в результате постепенного повышения массы вплоть до чандрасекаровского предела в 1,4 массы Солнца, хотя нельзя отвергнуть и гипотезу о слиянии двух белых карликов», — отметил Евгений Чуразов.
Сравнение спектров, измеренных обсерваторией ИНТЕГРАЛ, с моделями, основанными на детальном расчете нуклеосинтеза и динамики расширения оболочки в «канонических» сценариях с «чандрасекаровским» белым карликом, демонстрирует хорошее согласие теории и наблюдений. В целом, хорошее согласие с «каноническими» моделями позволяет предположить, что в гамма-лучах SN2014J является типичным представителем класса сверхновых типа Ia.
К сожалению, интерпретация оптических наблюдений этой рекордно близкой сверхновой осложнена тем, что оптическое излучение сильно поглощается пылью в галактике М82. Сверхновая SN2014J продолжила историю изучения сверхновых российскими астрофизиками, которая уже знает случаи необычайного везения. 27 лет назад обсерватория «Рентген» на модуле КВАНТ космической станции МИР открыла гамма-излучение от сверхновой SN1987A в Большом Магеллановом Облаке. Это была сверхновая другого типа — типа II, которые рождаются в результате коллапса массивной звезды. Будучи отдалена от Земли на расстояние «всего» 179 тысяч световых лет, SN1987A стала ближайшей сверхновой типа II в современную эпоху орбитальных обсерваторий.
«Нам необычайно повезло, когда в феврале 1987 году сверхновая второго типа вспыхнула почти одновременно с запуском обсерватории «Рентген» на модуле КВАНТ», — вспоминает Рашид Сюняев, научный руководитель международной обсерватории «Рентген» – «Уже в августе 1987 года мы увидели жесткое рентгеновское излучение, которые предсказывали теории».
«Мы надеемся, что успех обсерваторий РЕНТГЕН/КВАНТ, ГРАНАТ и ИНТЕГРАЛ будет продолжен обсерваторией «Спектр-Рентген-Гамма», — продолжает Рашид Сюняев. — Это совместный проект России и Германии, который позволит провести обзор всего неба в рентгеновских лучах с рекордной чувствительностью, позволяющей исследовать свойства темной энергии во Вселенной, изучать рост и эволюцию сверхмассивных черных дыр, вести поиск самых экзотических объектов во Вселенной. «Спектр-Рентген-Гамма» станет ещё одной Национальной обсерваторией, заявку на работу с данными которой сможет подать любой ученый из университетов и институтов страны. Российским ученым принадлежат права на 50% научных данных обсерватории. РОСКОСМОС и НПО имени С.А. Лавочкина объявили, что запуск обсерватории состоится в марте 2016-го года. Мы гордимся научными результатами наших рентгеновских и гамма-обсерваторий — на странице Отдела астрофизики высоких энергий ИКИ РАН вы можете найти все эти статьи. Мы уверены, что с обсерватория Спектр-Рентген-Гамма даст еще больший поток научных результатов и статей в ведущих научных изданиях. Надеемся, что это будет наука высокого класса».
Оригинальная статьяE.Churazov, R.Sunyaev, J.Isern, J.Knödlseder, P.Jean, F.Lebrun, N.Chugai, S.Grebenev, E.Bravo, S.Sazonov, M.Renaud, 56CO γ-ray emission lines from the type Ia supernova SN 2014J, Nature, Aug 28th, 2014
