Ученые пытаются решить загадку редких сверхновых, которые могут насыщать кальцием всю Вселенную, включая, в конце концов, наши зубы и кости.
Сверхновый источник кальция: Проблемы со взрывами
Скорее всего, сверхновая рождается после того, как белый карлик «утащит» достаточно гелия от своего звездного соседа и раскалится, что запустит термоядерный взрыв. В результате термоядерных реакций гелий превращается в кальций и титан, которые входят в состав не только зубной пасты, но и ядер новых поколений звезд

Сверхновая SN 2005E, открытая, соответственно, в 2005 г., относится к редкому классу так называемых «богатых кальцием сверхновых» (Calcium-Rich Supernovae, CRSN), которых пока что известно всего 8 штук — на фоне массы своих собратьев они выглядят настоящими белыми воронами.

Находка эта была сделана с помощью наземного телескопа KAIT, глава которого, потомок российских эмигрантов, американский профессор Алексей Филиппенко (Alex Filippenko), так комментирует это событие: «Среди массы открываемых сегодня сверхновых изредка встречаются совершенно необычные, которые, видимо, работают по совершенно необычным физическим механизмам, в корне отличным от двух хорошо известных типов сверхновых — а могут и оказаться лишь вариациями этих типов. Среди них SN 2005E — нечто особенное. Она и другие богатые кальцием сверхновые наверняка окажутся совершенно отдельным типом».

Напомним, что сверхновые типа Iа образуются в двойной звездной системе. Один из участников такой системы, плотный белый карлик, интенсивно перетягивает к себе материю от своего соседа, наращивая свою массу и, как следствие, плотность и температуру. Когда температура добирается до определенного предела — достигая порядка сотен миллионов градусов — в углеродно-кислородной смеси, которую представляет ядро карлика, начинается термоядерная реакция. Бум.

Второй тип сверхновых совсем не похож на первый, тип II — это одиночная, очень массивная и короткоживущая звезда, которая, выработав свой ресурс в ходе термоядерной реакции, накопила в глубине избыток тяжелых элементов, прежде всего, железа и никеля. Ядро звезды начинает мощно сжиматься — и в какой-то момент сами атомы, сдавленные до невероятности, «схлопываются», протоны начинают поглощать электроны и образовывать нейтроны. Эта реакция нейтронизации вызывает сильную и быструю потерю энергии, ядро охлаждается и сжимается еще сильнее и быстрее, вокруг него возникает зона разреженной материи, куда начинает падать вещество внешних слоев звезды. Эта оболочка, как упругая лента, отскакивает от ядра, снова инициируя термоядерную реакцию — и устремляясь прочь мощной ударной волной. Бум — на месте звезды вырастает черная дыра.

Гораздо реже встречаются сверхновые типов Ib и Ic — они, как считаются, порождаются массивными звездами (как у типа II), но в двойных системах (как у Ia). Но «богатые кальцием сверхновые» (CRSN) — совершенная редкость.

Совместное исследование SN 2005E предприняли группы астрономов из США и Израиля, работая под руководством Хагаи Переца (Hagai Perets) и Авишая Гал-Яма (Avishay Gal-Yam). Они показали, что изначально этот редкий зверь очень напоминал тип Ia — он был небольшим белым карликом, перетягивавшим гелий от звезды-компаньона, пока температура и давление не инициировали термоядерную реакцию. При этом расчеты говорят о том, что около половины всего вещества, выброшенного взрывом, составлял кальций — это такие объемы, что пары подобных взрывов за столетие будет достаточно, чтобы поддерживать существующий баланс этого элемента во всем Млечном Пути (и, конечно, в том числе и на Земле, и в наших с вами зубах и костях).

Нельзя не отметить, что параллельно этому исследование SN 2005E было проведено и японскими астрономами, которые пришли к другому выводу. По их данным, предшественником сверхновой была массивная звезда, в 8−12 солнечных масс, и взрыв ее, соответственно, проходил по сценарию типа II. Алексей Филиппенко разводит руками: «Ситуация действительно путаная. Но мы надеемся, что, находя и исследуя больше представителей этого редкого класса сверхновых — и других редких классов — мы лучше поймем, что там происходит».

Тем более что сам Филиппенко недавно опубликовал собственное исследование еще одной сверхновой, SN 2002bj, которая, по его выводам, взрывалась совершенно так, как описали Перец и Гал-Ям сверхновую SN 2005E — то есть, как результат термоядерной реакции во внешнем слое гелия, «утянутого» белым карликом у своего соседа. «Возможно, SN 2002bj относятся к одному SN 2005E типу, но между ними, все же, имеются важные различия в спектральных характеристиках». Других сверхновых, подобных SN 2002bj, астрономы пока что не знают ни одной.

Впрочем, вернемся к загадочной истории с SN 2005E. Отнести ее к типу Ia также нельзя. Состав вещества, выброшенного этим взрывом, демонстрирует исключительную насыщенность не только кальцием, но и радиоактивным изотопом титана. Это характерные продукты термоядерной реакции на основе гелия, а не углерода и кислорода, как у сверхновых типа Ia.

Филиппенко, видимо, не склонен считать окончательными и выводы японцев, отнесших SN 2005E к типу II: «Сверхновая эта стала взрывом старой, некрупной звезды, о чем говорит ее расположение на самой окраине галактики, далеко от мест активного звездообразования». Загадка, таким образом, остается — возможно, новые исследования покажут, что разных видов сверхновых во Вселенной куда больше, чем их известно сегодня, и в будущем будет даже составлена их классификация.

По пресс-релизу UC Berkeley