Обнаружили уцелевшую звезду-компаньона после взрыва сверхновой

Космический телескоп НАСА «Хаббл» обнаружил свидетеля на месте взрыва звезды: звезду-компаньон, ранее скрытую в сиянии сверхновой звезды своего партнера. Это открытие является первым для определенного типа сверхновых, в которых звезда была лишена всей внешней газовой оболочки перед взрывом. Открытие дает решающее понимание двойной природы массивных звезд, а также потенциальный приквел к окончательному слиянию звезд-компаньонов, которые будут грохотать по Вселенной как гравитационные волны, рябь в ткани самого пространства-времени.

Астрономы обнаруживают сигнатуры различных элементов во взрывах сверхновых. Эти элементы слоистые, как луковица перед сверхновой. Водород находится в самом внешнем слое звезды, и если водород не обнаружен после взрыва сверхновой, это означает, что он был удален до того, как произошел взрыв. Причина потери водорода была загадкой, и астрономы использовали Хаббл для поиска подсказок и проверки теорий, объясняющих эти оголенные сверхновые. Новые наблюдения Хаббла предоставляют лучшее доказательство в поддержку теории о том, что невидимая звезда-компаньон откачивает газовую оболочку своей звезды-партнера перед тем, как взорваться.

«Это был момент, которого мы ждали, наконец-то увидев доказательства того, что двойная система является прародительницей полностью раздетой сверхновой», — сказал астроном Ори Фокс из Научного института космического телескопа в Балтиморе, штат Мэриленд, ведущий исследователь исследовательской программы Хаббла. «Цель состоит в том, чтобы переместить эту область исследований из теории в работу с данными и увидеть, как эти системы действительно выглядят».

Команда Фокса использовала широкоугольную камеру Хаббла 3 для изучения области сверхновой (SN) 2013ge в ультрафиолетовом свете, а также предыдущие наблюдения Хаббла в Архиве космических телескопов Барбары А. Микульски (MAST). Астрономы видели, что свет сверхновой постепенно угасал с 2016 по 2020 год, но другой соседний источник ультрафиолетового света в том же месте сохранял свою яркость. Ученые предполагают, что этот основной источник ультрафиолетового излучения является выжившим двойным компаньоном SN 2013ge.

Ранее ученые предполагали, что сильные ветры массивной звезды-прародителя могут сдуть ее водородную газовую оболочку, но данные наблюдений не подтвердили это. Чтобы объяснить разрыв, астрономы разработали теории и модели, в которых двойной компаньон откачивает водород. «В последние годы многие различные доказательства говорят нам о том, что обособленные сверхновые, вероятно, образуются в двойных системах, но нам еще предстоит увидеть компаньона. Изучение космических взрывов во многом похоже на криминалистику — поиск улик и рассмотрение подходящих теорий. «Благодаря Хабблу мы можем увидеть это напрямую», — сказала Мария Друт из Университета Торонто, член исследовательской группы Хаббла.

В предыдущих наблюдениях SN 2013ge Хаббл видел два пика в ультрафиолетовом свете, а не только тот, который обычно наблюдается у большинства сверхновых. Фокс сказал, что одним из объяснений этого двойного увеличения яркости было то, что второй пик показывает, когда ударная волна сверхновой ударила звезду-компаньон, что сейчас кажется гораздо более вероятным. Последние наблюдения Хаббла показывают, что, хотя звезда-компаньон была значительно сдвинута, включая газообразный водород, который она откачала от своего партнера, она не была разрушена. Фокс сравнивает эффект с трясущейся миской желе, которая в конечном итоге принимает свою первоначальную форму. Хотя необходимо найти дополнительные подтверждения и аналогичные подтверждающие открытия, Фокс сказал, что последствия открытия все еще значительны, что подтверждает теории о том, что большинство массивных звезд формируются и развиваются как двойные системы.

В отличие от сверхновых, которые имеют пухлую оболочку из газа, предков сверхновых с полностью разорванной оболочкой оказалось трудно идентифицировать на изображениях до взрыва. Теперь, когда астрономам посчастливилось идентифицировать уцелевшую звезду-компаньон, они могут использовать ее для работы в обратном направлении и определения характеристик взорвавшейся звезды, а также получить беспрецедентную возможность наблюдать за развитием последствий вместе с выжившей. Спутнику SN 2013ge, как самой массивной звезде, суждено стать сверхновой. Его бывший партнер теперь, вероятно, является компактным объектом, таким как нейтронная звезда или черная дыра, и компаньон, вероятно, тоже пойдет по этому пути.

Близость первоначальных звезд-компаньонов определит, останутся ли они вместе. Если расстояние слишком велико, звезда-компаньон будет выброшена из системы и в одиночестве будет блуждать по нашей галактике, что может объяснить многие, казалось бы, одинокие сверхновые. Однако, если звезды были достаточно близко друг к другу до взрыва сверхновой, они продолжат вращаться вокруг друг друга как черные дыры или нейтронные звезды. В этом случае они в конечном итоге будут двигаться по спирали друг к другу и сливаться, создавая при этом гравитационные волны.

Это захватывающая перспектива для астрономов, поскольку гравитационные волны — это раздел астрофизики, который только начал изучаться. Это волны или рябь в ткани самого пространства-времени, предсказанные Альбертом Эйнштейном в начале 20-го века. Гравитационные волны были впервые непосредственно обнаружены Лазерным интерферометром Гравитационно-волновой обсерватории (LIGO). «С выжившим компаньоном SN 2013ge мы могли бы потенциально увидеть приквел к событию гравитационных волн, хотя такое событие все равно произойдет примерно через миллиард лет в будущем», — сказал Фокс.

Фокс и его сотрудники будут работать с Хабблом, чтобы создать большую выборку выживших звезд-компаньонов других сверхновых, фактически снова составив компанию SN 2013ge. «Существует большой потенциал, помимо простого понимания самой сверхновой. Поскольку теперь мы знаем, что большинство массивных звезд во Вселенной формируются в виде двойных пар, необходимы наблюдения за выжившими звездами-компаньонами, чтобы помочь понять детали образования двойных, обмена веществами и ко- эволюционное развитие. Это захватывающее время для изучения звезд», — сказал Фокс.

«Понимание жизненного цикла массивных звезд особенно важно для нас, потому что все тяжелые элементы выкованы в их ядрах и через их сверхновые. Эти элементы составляют большую часть наблюдаемой Вселенной, включая жизнь, какой мы ее знаем», — добавил соавтор Алексей Филиппенко. из Калифорнийского университета в Беркли. Результаты опубликованы в The Astrophysical Journal Letters.

Источник