Международная группа ученых под руководством специалистов Калифорнийского университета в Санта-Барбаре из обсерватории Лас-Кумбрес обнаружила первое убедительное свидетельство существования сверхновой с захватом электронов. Теории о такого типа сверхновых развивали на протяжении 40 лет, но найти реальные примеры не удавалось до наших дней.

Сверхновая с захватом электронов 2018zd (большая белая точка справа) и родительская галактика NGC 2146 (слева) / LAS CUMBRES OBSERVATORY

Считается, что такие сверхновые возникают в результате взрывов массивных звезд суперасимптотической ветви гигантов (SAGB), свидетельства существования которых также отсутствовали.

Нынешнее открытие проливает новый свет на тысячелетнюю тайну сверхновой звезды 1054 года нашей эры, которая была видна во всем мире в дневное время, а в итоге сформировала Крабовидную туманность.

Исторически сверхновые делятся на два основных типа: термоядерные и коллапсирующие с железным ядром. Термоядерная сверхновая — это взрыв белого карлика после того, как он приобрел материю в двойной звездной системе. Эти белые карлики представляют собой плотные ядра пепла, которые остаются после того, как маломассивная звезда (одна из которых примерно в 8 раз больше массы Солнца) достигает конца своей жизни. Сверхновая с коллапсом железного ядра возникает, когда у массивной звезды (примерно в 10 раз больше массы Солнца) заканчивается ядерное топливо, а ее железное ядро ​​коллапсирует, создавая черную дыру или нейтронную звезду. Сверхновые с захватом электронов считались промежуточным типом. Эти звезды прекращают синтез, когда их ядра состоят из кислорода, неона и магния; они недостаточно массивны, чтобы производить железо.

При воздействии гравитации большинство звезд от коллапса удерживают либо продолжающийся синтез, либо плотность атомов в ядрах. В сверхновой третьего типа некоторые из электронов в кислородно-неоново-магниевом ядре врезаются в свои атомные ядра при процессе, называемом захватом. Это удаление электронов заставляет ядро ​​звезды коллапсировать.

Когда ядро звезды становится достаточно плотным, неон и магний начинают поглощать электроны, снижая давление и вызывая взрыв сверхновой с коллапсом ядра / LAS CUMBRES OBSERVATORY

Теорию о сверхновых с захватом электронов сформулировал Кеничи Номото из Токийского университета в 1980 году. На протяжении десятилетий теоретики формулировали предположения о таких сверхновых: эти звезды должны иметь большую массу, но терять ее большую часть перед взрывом, и эта масса рядом с умирающей звездой должна иметь необычный химический состав. Тогда сверхновая, захватывающая электроны, должна быть слабой, почти не содержать радиоактивных осадков и включать нейтронно-богатые элементы в ядре.

Новое исследование проводится под руководством Даичи Хирамацу, аспиранта Калифорнийского университета. Он является одним из основных участников проекта Global Supernova, который объединяет ученых по всему миру, использующих десятки телескопов.

Команда обнаружила, что сверхновая SN 2018zd имела ряд необычных характеристик, некоторые из которых были впервые замечены у сверхновой.

Помогло то, что сверхновая находилась относительно близко — всего в 31 млн световых лет от галактики NGC 2146. Это позволило команде изучить архивные изображения, сделанные космическим телескопом Хаббла до взрыва, и обнаружить вероятную звезду-предка.

Ученые просмотрели все опубликованные данные о сверхновых и обнаружили, что только SN 2018zd имела все шесть индикаторов, которые предсказывали для сверхновых этого типа: очевидный предшественник SAGB, сильная потеря массы до сверхновой, необычный химический состав, слабый взрыв, небольшая радиоактивность и богатая нейтронами активная зона.

Это открытие также проливает свет на некоторые загадки самой известной сверхновой прошлого. В 1054 году нашей эры в Галактике Млечный Путь появилась сверхновая, которая, согласно китайским и японским записям, была настолько яркой, что ее можно было наблюдать днем ​​в течение 23 дней, а ночью — почти два года. Образовавшаяся в итоге Крабовидная туманность стала самым вероятным кандидатом на роль сверхновой с захватом электронов, но ее статус был неопределенным из-за того, что взрыв произошел почти тысячу лет назад. Новый результат увеличивает уверенность в том, что историческая SN 1054 была сверхновой с захватом электронов. Это также объясняет почему эта сверхновая была относительно яркой: ее светимость, вероятно, была искусственно увеличена за счет столкновения выброса с материалом, отброшенным звездой-прародительницей.

Изображение Крабовидной туманности, составленное по данным пяти телескопов / UNIVERSITY OF BUENOS AIRES

Кен Номото восхищен тем, что его теория подтвердилась.

Эндрю Хауэлл, научный сотрудник обсерватории Лас-Кумбрес, отмечает, что сверхновая позволит ученым расшифровывать записи тысячелетней давности астрономов всего мира, а также связать Крабовидную туманность с этой сверхновой. Кроме того, открытие позволит изучить некоторые процессы фундаментальной физики: как появляются нейтронные звезды, как они живут и умирают, и как их элементы создаются и рассеиваются по Вселенной.

В мае исследователи из Австралийского государственного университета впервые нашли свидетельства присутствия в земной коре радиоактивного изотопа плутония из космоса. Этот изотоп, скорее всего, появился в недрах разных сверхновых. Одна из них взорвалась примерно 3 млн лет назад, а другая — примерно 6 млн лет назад.