Астрономы нашли самую яркую сверхновую за всю историю наблюдений

Когда массивные звезды умирают, они не уходят во мрак. Вместо этого они высвобождают большую часть своей массы и энергии вместе с мощным взрывом, оставляя после себя огромные светящиеся облака газа и остатки ядра погибшей звезды. Такие объекты принято называть сверхновыми. В июне 2015 года на южном полушарии ночного неба астрономы обнаружили сверхновую, которая могла образоваться из сверхредкого типа звезд и получила благодаря этому очень впечатляющие свойства.

Сверхновая, получившая название ASASSN-15lh, по наблюдениям астрономов, в 20 раз ярче всех вместе взятых (более 100 миллиардов) звезд в нашей галактике Млечный путь, что делает ее самой яркой сверхновой в истории наблюдения за такими объектами. Она в два раза превышает максимум яркости, зафиксированный для такого типа звезд.

Гибнущая звезда, как правило, высвобождает колоссальный объем энергии. Однако исследователи уверены в том, что этой энергии недостаточно для образования столь яркого объекта, как ASASSN-15lh. Группа астрономов под руководством Субо Дон из китайского Института астрономии и астрофизики имени Кавли считает, что необычно яркая сверхновая могла образоваться из очень редкого типа звезд, называемых магнетарами.

Когда звезда гибнет, ее масса обрушивается на ядро. Большая часть его уничтожается в результате взрыва секундой позже, однако то, что остается, по-прежнему обладает очень плотной массой нейтронов и называется нейтронной звездой. Иногда эти нейтронные звезды обладают более сильным, чем обычно, магнитным полем, примерно в 10 триллионов раз сильнее магнитного поля Земли. Эти объекты ученые называют магнетарами.

Астрономы и раньше находили магнетары. Например, в центре Млечного пути находится сразу несколько таких объектов. Однако все они непохожи на объект ASASSN-15lh. Большинство магнетаров обладают низкой скоростью вращения и, как правило, выполняют от одного до десяти оборотов в секунду. Однако Дон и его коллеги считают, что магнетар в центре сверхновой ASASSN-15lh совершает тысячу оборотов в секунду. А это, между прочим, предел скорости вращения магнетаров согласно теоретической физике.

Изменение в ложных цветах изображений галактики перед взрывом ASASSN-15lh, снятое камерой Dark Energy Camera (слева), и после рождения сверхновой, снятое глобальной сетью телескопов обсерватории Las Cumbres (справа)

Энергия этого вращения является источником силы сверхновой.

«Со временем звезда все сильнее и сильнее замедляет свое вращение вследствие потери ее энергии вращения. В конце концов эта потеря энергии знаменуется потоком заряженного ветра, который ударяется о сверхновую и делает ее еще ярче», - говорит Тодд Томпсон, соавтор исследования из Университета штата Огайо (США).

Для образования такой яркой сверхновой, какой является ASASSN-15lh, требуется, чтобы почти вся энергия магнетара была преобразована в свет. Такое явление с технической точки зрения возможно, но происходит чрезвычайно редко и фактически находится на границе наших знаний о том, как в целом ведут себя магнетары.

«Нужна вся энергия очень быстро вращающегося магнетара, чтобы образовать такого рода сверхновую, которую мы можем наблюдать в этом случае», - говорит соавтор исследования Крис Станек из Университета штата Огайо (США).

Команда ученых отмечает, что такое необычно редкое стечение обстоятельств находится на грани того, что физики вообще в настоящий момент знают о магнетарах. Однако именно такой сценарий является наиболее вероятным объяснением беспрецедентной яркости ASASSN-15lh.

Звезда, из которой образовалась сверхновая ASASSN-15lh, должна была быть очень массивной, синей, горячей звездой с очень высокой скоростью вращения. Вероятнее всего, она потеряла свои внешние слои гелия и водорода вскоре после своей гибели, так как эти элементы не удалось обнаружить уже у сверхновой. Благодаря различным телескопам по всему миру ученые провели спектральный анализ, чтобы выяснить, какие химические элементы могут содержаться в оставшемся от звезды облаке газа.

Астрономы пока не уверены, однако имеется предположение, что ранее звезда, из которой впоследствии появилась сверхновая, относилась к классу массивных звезд Вольфа - Райе.

«Есть звезды, в которых нет водорода или гелия. Многие из этих звезд обладают очень высокой скоростью вращения. Такие звезды называют звездами Вольфа - Райе. Я бы не исключал возможность, что ранее эта сверхновая как раз являлась одной из таких звезд. Потому что такие звезды действительно есть, а найденная нами сверхновая подходит под это описание. Она редкая, не имеет гелия и водорода, она массивная и обладает очень высокой скоростью вращения», - отмечает Станек.

Сверхновая ASASSN-15lh находится приблизительно в 3,8-4 миллиардах световых лет. Другими словами, сейчас мы видим призрачный свет от взрыва звезды, произошедшего многие миллиарды лет назад, когда наша планета все еще проходила процесс охлаждения. Свет от нее достиг Земли только в июне 2015 года и был впервые обнаружен парой телескопов в Чили, являющихся частью глобальной сети телескопов All-Sky Automated Survey for SuperNovae, или сокращенно ASAS-SN.

Звезда ASASSN-15lh является одной из 180 сверхновых, которые были обнаружены сетью ASAS-SN в 2015 году, и одной из 270 обнаруженных звезд с момента запуска этой программы наблюдения, начавшейся около двух лет назад.

«Это поистине удивительное открытие. Люди ведут наблюдение и изучение сверхновых многие десятилетия. Нашему же проекту всего два года. Однако в течение этих двух лет мы обнаружили объект, открытию которого позавидовали многие ученые, занимающиеся вопросом сверхновых», - делится Станек.

Изучение самой яркой из когда-либо обнаруженных сверхновой быстро переросло в совместное международное сотрудничество. К проекту подключились обсерватории в Чили, Южной Африке и даже телескоп Swift аэрокосмического агентства NASA направил свой взор на один из ярчайших источников света во Вселенной. Все хотят получить более качественные снимки и более подробный спектральный анализ обнаруженного объекта. В феврале 2016 года космический телескоп «Хаббл» сделает снимки сверхновой ASASSN-15lh, чтобы помочь команде исследователей определить, насколько близко она находится к центру своей галактики. Если окажется, что сверхновая находится в ядре галактики, то астрономам потребуется найти другое объяснение яркости ASASSN-15lh, которое не противоречит определению взаимодействия света звезды со сверхмассивной черной дырой, которая находится в центре этой галактики. Станек отмечает, что это маловероятный сценарий, однако исключать его не следует.

Астрономы часто называют сверхновые кратковременными событиями. Они взрываются, озаряя все вокруг, но затем медленно начинают угасать.

«Важнее всего будет получить спектральный анализ звезды при ее угасании. При угасании звезда остывает и становится больше, при этом теряя свою яркость», - говорит Томпсон.

«Так как звезда становится холоднее и, соответственно, теряет свою яркость, то обнаруживать такие звезды становится все сложнее и сложнее, однако одновременно это событие позволяет и лучше разглядеть то, что находится внутри таких звезд».

Это дает астрономам возможность изучить внутренние слои сверхновых, а не только их внешние границы.

«Обычно доступ к этой информации весьма ограничен, так как добраться до середины очень сложно. Поэтому мы стараемся не упускать таких возможностей», - объясняет Станек.

Станек и Томпсон надеются, что это открытие в целом подтолкнет теоретических физиков к пересмотру нынешних моделей формирования магнетаров и поиску альтернативных вариантов объяснения столь необычной яркости ASASSN-15lh.

«Очень интересно наблюдать за реакцией теоретиков, когда подобные экстремальные события сталкиваются с общепринятыми теориями и моделями. Они буквально заставляют искать более современные объяснения и модели и двигают теоретическую физику к новым границам», - отмечают ученые.

NASA