Ученые установили наиболее вероятный механизм образования вспышек сверхновых типа Ia, служащих своеобразными "космическими маяками" - инструментом для измерения расстояний до далеких объектов в космосе и определения параметров Вселенной, в том числе, и скорости ее расширения, говорится в статье, которая будет опубликована в четверг в журнале Nature.
Сверхновыми называют звезды, заканчивающие свою эволюцию мощным взрывом, сопровождаемым большим выбросом энергии и вещества. Яркость вспышек таких вспышек может соответствовать яркости целой галактики. Авторы исследования, которое было представлено на телеконференции НАСА вечером в четверг, доказали, что наиболее вероятной причиной взрыва сверхновых типа Ia является процесс слияния двух белых карликов - остатков "умерших" звезд - в тесной двойной системе.
"Важность сверхновых типа Ia для космологии определяется тем фактом, что они имеют примерно одинаковую светимость, а потому, измерив поток излучения от сверхновой, можно определить расстояние до галактики, в которой она взорвалась", - пояснил в беседе с РИА Новости ведущий автор публикации доктор наук Марат Гильфанов, ведущий научный сотрудник Института космических исследований РАН и сотрудник Института астрофизики Общества Макса Планка (Германия).
"Во-вторых, их светимость очень велика, поэтому их можно обнаружить на очень больших расстояниях от Солнца, сравнимых с размером видимой части Вселенной, поэтому для астрономов они являются очень яркими стандартными свечами", - продолжает Гильфанов.
Находя такие сверхновые в близких и далеких галактиках, измеряя расстояние до них и их красное смещение - сдвиг спектра испускаемых электромагнитных волн из-за эффекта Доплера при удалении тела от Земли и гравитационных эффектов - можно исследовать историю расширения нашей Вселенной.
Одним из наиболее важных открытий в современной космологии, сделанным около 12 лет назад, стало обнаружение факта, что Вселенная расширяется с ускорением. Из этих данных был сделан вывод о существовании таинственной темной энергии, которая и заставляет границы нашей Вселенной расширяться с ускорением.
Сверхновые типа Ia также играют большую роль в эволюции галактик. Их взрывы являются "поставщиком" энергии и тяжелых элементов в межзвездную среду. Так, значительная часть железа в нашей Галактике произведена сверхновыми типа Ia.
Однако природа этих объектов оставалась до конца неясной. Большинство ученых согласно, что они являются результатом термоядерного взрыва белого карлика (звезда, в которой прекратились термоядерные реакции, и которая сжалась до размеров в 50-100 раз меньше размера нашего Солнца). Многие астрофизики согласны, что наиболее вероятная причина взрыва - это превышение белым карликом критического предела массы, называемым пределом Чандрасекара, примерно равного 1,4 массы Солнца. Однако на протяжении более 20 лет оставался открытым вопрос о том, как происходит накопление массы белым карликом.
Астрофизики рассматривали два сценария. В одном из них белый карлик находится в паре с "нормальной" звездой. Вещество такой звезды может "перетягиваться" белым карликом. При достижении критической массы, в недрах белого карлика вновь запускаются термоядерные реакции, которые протекают в виде мощного взрыва - вспышки сверхновой типа Ia. Процесс перетекания вещества называется аккрецией, этот сценарий называется аккреционным. Второй сценарий рассматривает систему из двух белых карликов. В этом случае взрыв вызван слиянием белых карликов.
На протяжении многих лет, аккреционный сценарий считался более вероятным, потому что было известно слишком мало двойных систем, состоящих из двух белых карликов. Однако причиной тому могло быть то, что такие системы очень трудно обнаружить, а не их малочисленность. Еще одной причиной, по которой ему отдавали предпочтение многие астрофизики, было то, что в рамках этого сценария естественным образом объясняется "стандартность" сверхновых, поскольку взрыв происходит при достижении белым карликом одной и той же критической массы.
"Мы показали в нашей работе, что в старых, так называемых эллиптических галактиках аккреционный сценарий не может отвечать за более чем 5% сверхновых типа Ia. Мы обратили внимание на тот факт, что аккреция вещества на белый карлик неизбежно сопровождается выделением большого количества энергии. Основная часть этой энергии излучается в рентгеновском диапазоне спектра. В то же время электромагнитное излучение двойных систем, состоящих из двух белых карликов, мало. Используя этот факт, можно определить, какой из двух сценариев доминирует", - говорит Гильфанов.
Зная, как часто взрываются сверхновые в галактике данной массы, ученые вычислили общую рентгеновскую светимость аккрецирующих белых карликов, необходимых в случае, если бы происхождение всех сверхновых было связано с аккреционным сценарием. Далее, используя данные космического рентгеновского телескопа Chandra, предоставленные NASA, ученые сравнили результаты этих расчетов с наблюдаемой яркостью шести близких старых галактик. Оказалось, что наблюдаемая светимость галактик в 30-50 раз меньше предсказанной. Это означает, что белые карлики, взрывающиеся благодаря перетоку массы с "нормальной" звезды-компаньона, производят не более нескольких процентов сверхновых в эллиптических галактиках.
В настоящее время единственной альтернативой аккреционному сценарию является слияние белых карликов в тесных двойных системах. Еще одна возможность - взрывы белых карликов малой массы, меньшей предела Чандрасекара, хотя и реализуема в принципе, но не объясняет наблюдаемые свойства сверхновых. Поэтому полученный результат означает, что наиболее вероятной причиной взрыва сверхновых в эллиптических галактиках следует считать слияния белых карликов.
"Именно исключая аккреционный сценарий формирования сверхновых типа Ia в таких галактиках, мы и указываем на сценарий слияния двух белых карликов как на наиболее вероятный", - подытожил Гильфанов.