Недра массивной звезды пережили настоящий катаклизм за считанные часы до ее взрыва. Сверхновая Кассиопея А находится на расстоянии 11 000 световых лет. Свет ее взрыва достиг Земли в XVII веке, но ее почти никто не заметил. Она совсем неяркая из-за огромного количества пыли.
Телескоп Chandra показал, что творится внутри звезды перед ее гибельным взрывом
Ученые университетов Мэйдзи и Киото изучили остатки сверхновой Кассиопея A с помощью рентгеновской обсерватории Chandra и обнаружили драматические изменения в недрах звезды за несколько часов до взрыва. Исследование раскрывает механизм последних мгновений жизни массивной звезды.
Кассиопея A, снятая в среднем инфракрасном диапазоне камерой NIRCam телескопа Джеймс Уэбб. NASA
В недрах массивной звезды происходит последовательное термоядерное горение: сначала водород превращается в гелий, затем гелий в углерод, углерод в более тяжелые элементы. Каждая стадия требует все более высоких температур. Когда начинается синтез железа, процесс останавливается — железо уже нельзя «сжечь» с выделением энергии. Железное ядро быстро растет и при достижении 1,4 массы Солнца коллапсирует под собственной тяжестью, запуская взрыв сверхновой. Последние часы жизни звезды астрономам удалось восстановить.
Новое исследование остатков сверхновой Кассиопея A, проведенное с помощью рентгеновской обсерватории NASA Chandra, показало, что внутренняя структура светила кардинально перестроилась в последние мгновения его существования. Работа размещена на сервере препринтов arxiv.
Реконструкция. Chandra X-ray Observatory.
Пока не началась ее перестройка, звезда напоминала гигантскую луковицу со слоями различных элементов: водород во внешних областях, затем гелий, углерод и все более тяжелые элементы вплоть до железного ядра в центре. Когда масса железного ядра превысила критическую отметку в 1,4 массы Солнца, звезда уже не могла противостоять собственной гравитации. Началось стремительное сжатие, за которым последовал катастрофический отскок внешних слоев — взрыв сверхновой.
Последние часы Кассиопеи А
Новые данные обсерватории Chandra раскрыли удивительную картину событий, происходивших глубоко в недрах звезды перед катастрофой. Команда под руководством Тосики Сато из университета Мэйдзи обнаружила следы бурного перемешивания звездного вещества, которое изменило привычную слоистую структуру светила.
На этом изображении представлены данные остатка сверхновой звезды Кассиопеи А (Cas A), полученные рентгеновской обсерваторией Chandra X-ray, которые показывают, что внутренняя часть звезды сильно перестроилась всего за несколько часов до взрыва. На главной панели — данные телескопа, показывающие расположение различных элементов в остатках взрыва: кремния (представлен красным цветом), серы (желтым), кальция (зеленым) и железа (фиолетовым). Синим цветом показано самое высокоэнергетическое рентгеновское излучение, обнаруженное телескопом в Cas A, и расширяющаяся взрывная волна. На вставке показаны области с широким диапазоном относительных содержаний кремния и неона.
«Наше исследование показывает, что непосредственно перед коллапсом звезды в Кассиопее A часть внутреннего слоя с большим количеством кремния переместилась наружу и ворвалась в соседний слой с большим содержанием неона», — объясняет соавтор работы Кай Мацунага из университета Киото. Это было настоящее столкновение стихий внутри умирающей звезды — барьер между слоями исчез, создав мощные турбулентные потоки.
Восходящие потоки кремния и нисходящие потоки неона оставили характерные следы в структуре остатков сверхновой. Астрономы обнаружили небольшие области, богатые кремнием, но бедные неоном, расположенные рядом с зонами противоположного состава. Эти «свидетельства» внутренней бури сохранились до наших дней, что подтверждает отсутствие полного перемешивания элементов даже после взрыва.
Неоднородное распределение элементов в Кассиопея А, наблюдаемое Chandra. Разница в соотношении смешивания синего и зеленого цветов показывает различный состав богатых кислородом выбросов.
Внутреннее волнение умирающей звезды имело далеко идущие последствия. Оно объясняет асимметричную, а не идеально круглую форму остатков Кассиопеи A. Неравномерный взрыв создал мощный импульс, который отбросил нейтронную звезду — спрессованное ядро погибшего светила — с огромной скоростью.
Турбулентные потоки запустили ударную волну, фактически ускорив саму катастрофу. «Возможно, самый важный эффект этих изменений в структуре звезды заключается в том, что они могли помочь запустить сам взрыв», — отмечает соавтор исследования Хироюки Учида. Оказывается внутренняя активность звезды способна решить ее судьбу — вспыхнет она как сверхновая или нет.