В течение шести месяцев в 1181 году умирающая звезда оставляла свой след на ночном небе. Поразительный объект, яркий, как Сатурн, появился вблизи созвездия Кассиопеи, и исторические хроники Китая и Японии зафиксировали его как «приглашенную звезду». Китайские астрономы использовали этот термин для обозначения временного объекта на небе, часто кометы или, как в данном случае, сверхновой — катастрофического взрыва звезды в конце ее жизни.
Объект, ныне известный как SN 1181, является одной из немногих сверхновых, зарегистрированных до изобретения телескопов, и на протяжении веков озадачивал астрономов, рассказывает CNN.
Теперь новое исследование впервые подробно описало SN 1181, создав компьютерную модель эволюции сверхновой с момента появления первой вспышки до сегодняшнего дня. Исследовательская группа сравнила модель с архивными наблюдениями туманности с помощью телескопа — гигантского облака газа и пыли, видимого по сей день, которое является остатком монументального события.
Исследователи заявили, что проведенный анализ убедительно свидетельствует о том, что SN 1181 принадлежит к редкому классу сверхновых, называемых типами Iax, в которых термоядерная вспышка может быть результатом не одного, а двух белых карликов, которые столкнулись, но не взорвались полностью, оставив после себя «звезду-зомби».
«Существует 20 или 30 кандидатов в сверхновые типа Iax», — рассказывает Такатоши Ко, ведущий автор исследования, опубликованного в The Astrophysical Journal. «Но это единственный объект, о котором мы знаем в нашей собственной галактике».
Более того, исследование также показало, что необъяснимым образом высокоскоростной звездный ветер, обнаруженный в предыдущих исследованиях, начал дуть с поверхности звезды-зомби всего 20 лет назад, усиливая таинственную ауру SN 1181. По мнению экспертов, раскрытие механизма, стоящего за этим событием со сверхновой, может помочь астрономам лучше понять жизнь и смерть звезд и то, как они способствуют формированию планет.
Астрономам потребовалось 840 лет, чтобы разгадать первую великую загадку SN 1181 — точно определить ее местоположение в Млечном Пути, подчеркивает CNN. Умирающая звезда была последней сверхновой до появления телескопа, у которой не было подтвержденных остатков, пока в 2021 году Альберт Зейлстра, профессор астрофизики из Манчестерского университета в Англии, не обнаружил ее в туманности в созвездии Кассиопеи.
Астроном-любитель Дана Патчик обнаружила туманность в 2013 году, просматривая архив широкоугольного инфракрасного телескопа НАСА WISE. Но Зейлстра, который не принимал участия в новом исследовании, был первым, кто установил связь с SN 1181.
«Во время разгара эпидемии Covid у меня был спокойный день, и я сидел дома, — вспоминает Альберт Зейлстра. — Я сопоставил сверхновую с туманностью, используя записи из древних китайских каталогов. Я думаю, что сейчас это общепринято — многие люди посмотрели на это и согласились с тем, что это, по-видимому, верно. Это остаток той сверхновой.».
Туманность находится примерно в 7000 световых годах от Земли, а в ее центре находится быстро вращающийся объект размером с Землю, называемый белым карликом — плотная мертвая звезда, у которой выработано ядерное топливо. Эта особенность необычна для остатков сверхновой, поскольку взрыв должен был уничтожить белого карлика.
Зейлстра и его соавторы опубликовали исследование об этом открытии в сентябре 2021 года. В отчете высказывалось предположение, что SN 1181 может принадлежать к неуловимой категории сверхновых типа Iax из-за присутствия этого «зомби»-белого карлика.
В более распространенных сверхновых типа Ia белый карлик, который образуется, когда у солнцеподобной звезды заканчивается топливо, начинает накапливать материал от другой близлежащей звезды. В отличие от Солнца, многие звезды существуют парами или в двойной системе. Белый карлик накапливает вещество до тех пор, пока не разрушается под действием собственной гравитации, вновь запуская ядерный синтез с мощным взрывом, который создает один из самых ярких объектов во Вселенной.
Более редкий тип Iax — это сценарий, при котором этот взрыв по какой-то причине прекращается. «Одна из возможностей заключается в том, что тип Iax — это не столько взрыв, сколько слияние двух белых карликов», — сказал Зейлстра. «Они сближаются, ударяясь друг о друга на полной скорости, и это может привести к выделению большого количества энергии. Эта энергия вызывает внезапную вспышку сверхновой».
Это массовое столкновение может объяснить еще один любопытный аспект звезды-зомби SN 1181. По словам Зейлстры, он не содержит водорода или гелия, что крайне необычно для космоса.
«Около 90% Вселенной состоит из водорода, а остальное — почти исключительно из гелия. Все остальное встречается довольно редко, — сказал он. “Вам нужно просмотреть 10 000 атомов, прежде чем вы найдете тот, который не является водородом или гелием. Но у нашей звезды (солнца в центре нашей Солнечной системы) есть в основном только они. Итак, очевидно, что со звездой-зомби произошло что-то чрезвычайное.”.
Вооружившись информацией о том, где искать SN 1181, и предположением, что это могут быть остатки типа Iax, Ко и его коллеги приступили к работе, чтобы раскрыть оставшиеся секреты.
«Благодаря точному отслеживанию временной эволюции остатка мы впервые смогли получить подробные характеристики взрыва SN 1181. Мы подтвердили, что эти подробные свойства соответствуют сверхновой типа Iax», — говорит Ко, добавив, что компьютерная модель в исследовании согласуется с предыдущими наблюдениями за остатками с помощью телескопов, включая космический телескоп XMM-Newton Европейского космического агентства и рентгеновскую обсерваторию НАСА «Чандра».
Анализ, проведенный Ко, показывает, что остаток SN 1181 состоит из двух отдельных ударных областей. Внешняя область образовалась, когда вещество, выброшенное взрывом сверхновой, попало в межзвездное пространство. Внутреннюю область, которая образовалась совсем недавно, объяснить сложнее.
Исследование предполагает, что эта внутренняя ударная область может быть признаком того, что звезда снова начала гореть спустя столетия после взрыва, что привело к удивительному открытию, добавил Ко: высокоскоростной звездный ветер, похоже, начал дуть с поверхности звезды всего 20−30 лет назад.
Как правило, этот стремительный поток частиц, который астрономы называют звездным ветром, должен исходить от белого карлика как побочный продукт быстрого вращения звезды сразу после взрыва сверхновой.
«Мы не до конца понимаем, почему звезда вспыхнула вновь и звездный ветер начался так недавно», — сказал Ко. «Мы предполагаем, что звезда вспыхнула вновь, потому что SN 1181 была сверхновой типа Iax, которая является незавершенным взрывом. В результате выброшенный взрывом материал не улетучился полностью и остался в пределах гравитационного влияния центрального белого карлика. Этот материал мог в конечном итоге осесть на белом карлике под действием его силы тяжести, что привело к его повторному возгоранию.».
Однако, как отметил Зейлстра, эта теория противоречит наблюдениям, которые показывают, что яркость звезды уменьшилась за последнее столетие.
«Неясно, как это связано с усилением ветра», — сказал он. «Я бы ожидал, что звезда станет ярче, а не потускнеет».
Ко и его коллеги знают об этой проблеме. Они сказали, что, по их мнению, существует определенная связь между ветром и затемнением, и они изучают ее.
Исследователи готовятся к дальнейшим наблюдениям за SN 1181 с помощью двух инструментов, которые они еще не использовали: очень большого массива радиотелескопов в Нью-Мексико и телескопа Subaru на Гавайях.
Эти исследования, по словам Ко, помогут расширить знания ученых обо всех сверхновых.
«Сверхновые типа Ia сыграли решающую роль в открытии ускоряющегося расширения Вселенной», — сказал он. «Но, несмотря на их важность, механизм их взрыва остается неизвестным, что делает его одной из самых серьезных проблем в современной астрономии».
Изучая SN 1181 и его неполный взрыв, добавил он, ученые могут получить представление о механизме образования сверхновых типа Ia.
По словам Зейлстры, поскольку такие объекты, как SN 1181, важны для создания многих элементов, из которых состоит и человек, их изучение — прекрасная возможность.
«Эти очень энергичные события могут привести к образованию элементов тяжелее железа, таких как редкоземельные элементы», — сказал он. «Очень ценно иметь пример такого события 1000-летней давности, когда мы все еще можем видеть выброшенные материалы, и, возможно, в будущем мы сможем точно определить, какие элементы были созданы в ходе этого события».
Эти знания помогли бы ученым понять, как Земля сформировалась и получила эти элементы, добавил Зейлстра.
Исторически сложилось так, что древние наблюдения за сверхновыми имели первостепенное значение для современной астрофизики, сказал Брэдли Шефер, почетный профессор астрофизики и астрономии в Университете штата Луизиана, который не принимал участия в последнем исследовании.
Шефер добавляет, что SN 1181 представляет собой одну из немногих надежных связей между сверхновой и остатками сверхновой. Этот объект важен как единственный возможный случай получения хороших наблюдений за неуловимым типом Iax.
«Выяснилось, что сверхновые типа Iax составляют примерно 20% всех сверхновых в любой галактике, включая наш Млечный Путь, и они могут образовывать большую часть загадочной пыли в ранней Вселенной», — отмечает Шефер. За всю нашу жизнь, добавил он, астрофизики не получат лучшего наблюдаемого случая для события типа Iax, поэтому исследователи должны приложить все усилия для понимания SN 1181.
