Обнаружена первая сверхновая, которая взорвалась дважды

Хорошо изученные в теории и на практике сверхновые типа Ia, также известны как белые карлики, при детальном рассмотрении процессов оказались не так просты. Моделирование открыло ранее неизвестный механизм термоядерного взрыва белого карлика — метод двойной детонации. Это открытие важно, так как такие сверхновые служат так называемыми стандартными свечами — мерилом расстояний во Вселенной. Теперь у этой «линейки» обнаружен изъян.

Художественное представление последствий двойной детонации сверхновой SNR 0509-67.5. Источник изображения: ESO/P. Das

Далеко не все белые карлики — остывающие ядра потухших звёзд — становятся сверхновыми типа Ia. Их ядра содержат в основном углерод и кислород, совокупной плотности которых недостаточно для запуска термоядерной реакции. Снова термоядерная реакция в белом карлике может запуститься только при превышении им критической массы (примерно свыше 1,4 массы Солнца), что происходит при аккреции вещества на звезду или при столкновении с другим таким же остывающим партнёром по системе (а двойных систем во Вселенной очень и очень много).

Повторный запуск термоядерной реакции при превышении критической массы — предела Чендрасекара — ведёт к цепной реакции и термоядерному взрыву, после чего белый карлик разрывает на атомы. Поскольку все физические характеристики таких звёзд примерно одинаковы, а условия запуска термоядерной реакции во Вселенной везде одни и те же, яркость сверхновых типа Ia остаётся одинаковой в любой точке пространства. По этой яркости можно узнать расстояние до сверхновой и окружающих её объектов, например, до галактики, в которой была обнаружена сверхновая.

Проблема в том, что сверхновых типа Ia достаточно много, чтобы они могли возникать только в результате двух механизмов — слияния звёзд и аккреции вещества на звезду. Моделирование показало, что право на жизнь имеет ещё один механизм — это двойная детонация. Что-то должно подтолкнуть остывающее ядро белого карлика к взрыву, например, как это происходит в термоядерной бомбе — через сжимающуюся оболочку.

На внешней стороне ядра белого карлика может скопиться избыток гелия, в котором может возникнуть термоядерная реакция, или дополнительный гелий может быть отобран у соседней звезды, ещё не ставшей белым карликом. В обоих случаях суть одна — это накопление на внешней стороне ядра белого карлика критической массы вещества, способного запустить термоядерную реакцию и произвести взрыв — первичную детонацию. Направленный внутрь взрыв сжимает ядро звезды, запуская в нём термоядерную реакцию из более тяжёлых элементов — происходит вторая детонация.

Модели показали, что в результате первой и второй детонации на первых этапах процесса синтезируется кальций. Потом возникает синтез других элементов, но кальциевые оболочки должны быть достаточно явными, чтобы их можно было засечь нашими инструментами. Также имело смысл искать сверхновую, взорвавшуюся достаточно давно, чтобы две кальциевые оболочки разошлись в пространстве далеко друг от друга и оказались различимыми.

Распределение кальция в останках сверхновой SNR 0509-67.5. Источник изображения: ESO/P. Das

Перспективным кандидатом для обнаружения «дважды взорвавшейся» сверхновой стал объект SNR 0509-67.5, расположенный в близлежащем к нам Большом Магеллановом Облаке. Этим останкам примерно 300 лет. Астрономы из Европейской Южной Обсерватории (ESO) наблюдали за останками этой сверхновой спектрометром MUSE на Очень Большом Телескопе. Анализ данных показал две отчётливые оболочки из ионов кальция, удаляющиеся от точки взрыва. Это стало первым практическим подтверждением неизвестного ранее механизма взрыва сверхновых типа Ia — двойной детонации.

Это открытие очевидным образом затрагивает все измерения, где для определения дальности используются сверхновые Ia. В случае двойной детонации яркость события будет ниже за счёт меньшей массы взорвавшегося белого карлика. Тем самым объект будет казаться дальше, чем он есть на самом деле. Более того, один такой взрыв может подорвать находящийся рядом другой белый карлик, различить которые будет невозможно, если они находились достаточно близко. Это даст погрешность в другую сторону, ведь яркость такого события будет выше обычной.

Учёные, казалось бы, нашли ответ на одну из загадок, но это внесло ещё больше путаницы в известные явления.