Новости науки: Исследователи впервые разработали модель взрыва сверхъяркой (superluminous) сверхновой.

Фев 04, 2017 Леонид Гляделов

Наблюдения редких взрывов сверхъярких сверхновых, светимость которых на один-два порядка выше, чем обычно, вызывают у астрономов недоумение.

Они замечены лишь в последнее десятилетие и ученые озадачены необычайной яркостью этих событий и самих механизмов взрыва.

Чтобы лучше понять физические условия, которые создают сверхъяркую сверхновую, астрофизики разботали двумерную модель этих событий с использованием суперкомпьютеров на факультете Национального энергетического научно-исследовательским вычислительным центром энергетики (NERSC) и Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли (Berkeley Lab).

"Это первый раз, когда кто-то смоделировал сверхъяркие сверхновые, предыдущие исследования были смоделированы лишь в 1D," говорит Кен Чен, астрофизик из Национальной астрономической обсерватории Японии. "Путем моделирования звезды в 2D мы можем захватить подробную информацию о нестабильности жидкости и смешивания, чего вы не получите в 1D моделировании. Эти данные имеют важное значение для точного отображения механизмов, которые вызывают событие, приводящее к взрыву сверхъяркой сверхновой и помогают объяснить соответствующие подписи наблюдаемых взрывов в кривых блеска и спектров".

Чен является ведущим автором работы, опубликованной в Astrophysical Journal в декабре 2016 г. Он отмечает, что одна из ведущих теорий в области астрономии утверждает, что сверхъяркие сверхновые питаются высоко намагниченными нейтронными звездами, называемые магнитарами.

Эволюция звезды зависит от ее массы. Все звезды начинают свою жизнь сжигая водород в гелий; энергия, выделяемая этим процессом поддерживает звезду от сокрушительного сжатия под собственным весом. Если звезда особенно массивная, она будет продолжать сжигать гелий в более тяжелые элементы, такие как кислород и углерод, и так далее, пока ее ядро не становится из никеля и железа.

С этого момента термоядерные реакции синтеза больше не выделяют энергии и лишь давление электронного вырожденного газа поддерживает звезду от гравитационного коллапса. Когда ядро звезды по массе превышает предел Чандрасекара - примерно 1,5 солнечных масс - вырожденные электроны больше не могут сдерживать давление. Ядро разрушается, производя нейтрино и звезда взрывается, образуя сверхновую.

Этот коллапс железного ядра происходит с такой огромной силой, что атомы никеля и железа распадаются, електроны со страшной силой вдавливаются в протоны, образуя нейтроны. Поскольку нейтроны составляют большую часть этого ядра - это называется нейтронной звездой. Магнитар же - тип нейтронной звезды с очень мощным магнитным полем.

Помимо того, вещество нейтронной звезды крайне плотное - один кубический сантиметр будет весить более 1 млрд. тонн - нейтронная звезда также вращается вплоть до нескольких сотен раз в секунду. Сочетание этого быстрого вращения, плотности и сложной физики в ядре в некоторых случаях создает экстремальные магнитные поля.

Магнитное поле может использовать энергию вращения нейтронной звезды и превратить эту энергию в излучение. Некоторые исследователи полагают, что это излучение может питать сверхъяркую сверхновую. Это именно те условия, в которых Чен и его коллеги пытаются разобраться, используя моделирование.

"Сделав более реалистичную 2D модель сверхъярких сверхновых, питающихся от магнитаров, мы надеемся получить более количественное представление об их свойствах," говорит Чен. "До сих пор астрономы заметили менее 10 из этих событий, когда мы найдем больше, мы сможем увидеть, имеют ли они соответствующие свойства. Если это подтвердится, и мы поймем почему, мы сможем использовать их в качестве стандартных свечей для измерения расстояний во Вселенной".

Он также отмечает, что много массивных звезд образовывалось в начале существования Вселенной, сверхъяркие сверхновые могли бы дать понимание развития ранней Вселенной.