Крупная звезда приближается к зрелищному моменту своей гибели. Топливо для термоядерной реакции в ее недрах заканчивается, и она начинает коллапсировать под собственным весом. Давление быстро и ужасающе нарастает, стимулируя новую термоядерную реакцию — на этот раз кратковременную, которая вот-вот закончится взрывом… но ничего не происходит.

Примерно такие результаты моделирования сверхновых звезд ученые год за годом получают, моделируя процесс на суперкомпьютерах. Наши знания о механизме этих мощных взрывов все растут, увеличиваются и вычислительные мощности, но уже не первое десятилетие итог один: никакого взрыва сверхновой не выходит. Центростремительные силы гравитации просто побеждают центробежные силы термоядерного взрыва, и звезда тихо и молча коллапсирует. Но ведь в небе мы сотни раз наблюдали совершенно противоположный итог!

Судя по всему, в сверхновых мы чего-то недопонимаем. «На самом деле, мы еще далеки от полного представления о том, как массивная звезда превращается в сверхновую», — говорит астрофизик Фиона Гаррисон (Fiona Harrison). Должно существовать нечто, что помогает радиации — и мешает гравитации — нечто, приводящее в итоге к колоссальному взрыву, но до сих пор нам неизвестное. Чтобы обнаружить подозреваемого, лучше всего постараться как можно детальнее пронаблюдать весь процесс взрыва сверхновой, а задача эта далеко не из легких.

Помочь должен новый массив телескопов NuSTAR, работу над которым ведет большая команда ученых, в числе которых — и Фиона Гаррисон. Планируется, что на орбиту его в 2011 г. выведет ракета Pegasus. Это будет инструмент, способный улавливать и оценивать характеристики быстрых высокоэнергетических фотонов рентгеновского излучения, которое исходит от разного рода «космических экстремалов», вроде черных дыр, блазаров и тех же сверхновых. NuSTAR будет первым прибором, способным фокусировать их потоки, добиваясь разрешения раз в 100 больше, чем существующие рентгеновские телескопы. Именно он позволит ученым изучить происходящее в ходе взрывов сверхновых — и сразу после таких катастроф.

На самом деле, шансов пронаблюдать сам взрыв, да так, чтобы он случайно произошел достаточно близко, не слишком много. И ученые более полагаются на изучение облака останков материи и излучения, их состава и других особенностей, способных рассказать о свойствах самого взрыва.

Особенный интерес в этом смысле вызывает один элемент — титан-44. Для того, чтобы в ходе термоядерного синтеза образовался именно он, требуется определенная комбинация исходных элементов, определенный уровень энергии, давления и так далее. По расчетам, эти условия имеются лишь на определенной глубине коллапсирующей звезды. И глубина эта очень важна: все, находящееся ниже коллапсирует внутрь и в конечном счете образует черную дыру. А все выше будет выброшено взрывом прочь.

Таким образом, титан-44 можно рассматривать в качестве важного маркера всего происходящего внутри сверхновой. Распределение этого элемента в облаке материи, оставшемся после взрыва, позволит сказать многое о том, что происходит на критической глубине во время самого взрыва. А значит, мы найдем недостающее звено, необходимое для создания полноценной модели этого процесса.

Впрочем, и сегодня на этот счет имеются некоторые предположения. Некоторые ученые считают, что существующие модели чересчур симметричны. Даже самые мощные суперкомпьютеры сегодня способны обсчитывать процесс лишь в одномерном срезе. Предполагается, что остальная часть сверхновой ведет себя сходным образом — то есть, с учетом полной радиальной симметрии на манер геометрической сферы. Возможно, в этом и кроется ошибка.

Реальный процесс может быть очень асимметричным, и хотя на одних участках разлетающейся сферы центростремительные силы «побеждают» центробежные, в других происходит обратное. В самом деле, проведенные недавно упрощенные обсчеты в 2 измерениях позволяют сказать, что именно асимметрия может позволить решить загадку «невзрывающихся сверхновых». Ну а телескоп NuSTAR для выяснения этого будет просто незаменим. Он сможет показать, насколько симметрично распределение титана-44 в облаке разбросанной взрывом материи, что и будет служить отличным подтверждением асимметрии этого процесса.

Сам по себе титан-44 радиоактивен и распадается, испуская гамма-лучи с энергией 68 КэВ. Работать на таких длинах волн существующие телескопы неспособны. Даже такой «продвинутый» рентгеновский аппарат, как Chandra, способен фокусировать частицы с энергией не выше 15 КэВ. Не говоря уж об оптических телескопах, которые практически не преломляют рентгеновских лучей.

Именно поэтому рентгеновские телескопы никаких стеклянных линз не используют. Ту же роль — фокусирования лучей — в них играет массив тонкостенных сужающихся цилиндрических зеркал из металла, вложенных один в другой, с небольшими промежутками. Попадая в этот лабиринт, рентгеновские лучи направляются к фокальной плоскости — без всяких линз. Эффект тот же, но суть тут не в преломлении лучей, а в их отражении. Подробнее об устройстве подобных инструментов лучше всего прочесть в нашей популярной статье «Невидимая Вселенная». А мы вернемся к нашему NuSTAR. Его отражающая «оптика» будет покрыта особым тончайшим слоем, ровной с точностью почти до отдельного атома и способной отражать частицы энергией до 79 КэВ. Для доведения необходимых для этого технологий и самой поверхности до нужного совершенства потребовались годы.

Зато теперь все ближе долгожданный момент, когда телескоп будет отправлен на орбиту и начнет работу. Стоит ожидать, что результатов она принесет немало — и разгадка тайны «невзрывающихся сверхновых» будет лишь одной из них.

По информации NASA