24 лютого 1987 р. астрономи зафіксували яскравий спалах наднової зорі, що стала видимою неозброєним оком за останні приблизно 400 років. Наднова 1987A (або коротко SN 1987A) спричинила велику зацікавленість серед астрономів. Нині це один із найдокладніше вивчених небесних об’єктів. Вона міститься у Великій Магеллановій Хмарі, невеликій галактиці-супутнику нашого Молочного Шляху, на відстані лише близько 170 000 світлових років від Землі.
Протягом усього часу спостережень залишків вибуху, які поширюються в космічний простір від місця детонації зорі, астрономи ведуть пошук того, що мало залишитися від її ядра. Це має бути нейтронна зоря.
Дані спостережень рентгенівської обсерваторії «Чандра» та Масиву ядерних спектроскопічних телескопів (Nuclear Spectroscopic Telescope Array, NuSTAR) у поєднанні з даними наземного радіотелескопа Велика міліметрова/субміліметрова антена Атакама (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array, ALMA) дали змогу науковцям знайти докази присутності нейтронної зорі в центрі SN 1987A.
«Протягом 34 років астрономи просіюють зоряні “уламки” SN 1987A, щоб знайти нейтронну зорю, яка, як ми очікуємо, там має бути», — сказав керівник дослідження Емануеле Ґреко (EmanueleGreco) з університету Палермо в Італії. «Було багато натяків, що виявилися помилковими, але ми вважаємо, що наші останні результати можуть бути іншими».
Кадр комп’ютерної симуляції (моделі), створеної за результатами спостережень космічних обсерваторій «Чандра», XMM-Newton і Передового супутника для космології та астрофізики (Advanced Satellite for Cosmology and Astrophysics, ASCA), показує залишки SN 1987A у 2017 році. Відео з сайту https://phys.org.
Коли зоря вибухає, її верхні шари спершу падають на ядро, а вже потім вибухом їх викидає в космос. Ядро, внаслідок стиснення, перетворюється в надзвичайно щільне небесне тіло: маса, співмірна з масою Сонця, стискається в об’єкт лише близько 20 км у поперечнику. Ці об’єкти отримали назву нейтронні зорі, бо вони складаються майже повністю з щільно упакованих нейтронів. Це лабораторії екстремальної фізики, які не можна створити тут, на Землі.
Нейтронні зорі з сильним магнітним полем і які швидко обертаються — їх називають пульсарами — утворюють пучок випромінювання. Астрономи виявляють його у вигляді імпульсів (це зовні нагадує вогні маяка), коли внаслідок обертання і відповідного положення пульсара відносно Землі, такі імпульси потрапляють до нашої планети. Існує сімейство пульсарів, які утворюють, іноді майже зі швидкістю світла, вітри зі своїх поверхонь. Це спричиняє появу довкола пульсара складної структури із заряджених частинок і магнітних полів, відомої як «туманність, утворена вітром від пульсара» (в астрономії такі об’єкти називають плеріонами — Ред.).
За допомогою «Чандра» та NuSTAR науковці виявили відносно низькоенергетичні рентгенівські промені від залишків SN 1987A, які потрапляють в речовину, що містилась довкола колишньої зорі. Завдяки тому, що NuSTAR може виявляти рентгенівські промені з більшою енергією, ніж «Чандра», вдалося також знайти докази наявності високоенергетичних частинок.
Наднова 1987A вибухнула понад 30 років тому і досі оточена залишками колишньої зорі. Енергетичне середовище було зафіксовано за допомогою Масиву ядерних спектроскопічних телескопів (Nuclear Spectroscopic Telescope Array, NuSTAR) NASA (показано синім кольором) та рентгенівською обсерваторією «Чандра» (показано червоним кольором), яка має вищу роздільну здатність. Фото з сайту https://phys.org.
Існує два ймовірних пояснення джерела цих рентгенівських променів: або плеріон, або частинки, які прискорюються до високих енергій ударною хвилею вибуху. Друге пояснення не вимагає присутності пульсара, а випромінювання виникає на значно більшій відстані від центра вибуху, ніж у разі дії першого джерела.
Останні рентгенівські дані підтверджують аргументи щодо плеріона, тобто там має бути нейтронна зоря, а не ударна хвиля. По-перше, яскравість рентгенівських променів з високою енергією залишалася приблизно однаковою протягом 2012—2014 років, тоді як радіовипромінювання, виявлене за допомогою Компактного масиву Австралійського телескопа (Australia Telescope Compact Array), збільшувалось. Це суперечить очікуванням щодо сценарію ударної хвилі. Далі, за підрахунками авторів, потрібно майже 400 років, щоб прискорити електрони до найвищих енергій, які виявлено за даними спостережень NuSTAR. А це в 10 разів більше, ніж вік залишку.
«Астрономи розмірковують про те, чи минуло достатньо часу для формування пульсара, а, можливо, внаслідок явища SN 1987A виникла чорна діра», — сказав співавтор дослідження Марко Мічелі (Marco Miceli), також з університету Палермо. «Це було загадкою протягом декількох десятиліть, і ми дуже раді надати нову інформацію до вже відомих результатів досліджень».
Дані від «Чандра» та NuSTAR дали змогу також підтвердити результат, отриманий в 2020 році за допомогою ALMA в діапазоні міліметрових радіохвиль. Він надавав докази існування плеріона. Хоча ця «пляма» має й інші потенційні пояснення, її ідентифікацію як туманності, що існує завдяки вітру від пульсара, можна обґрунтувати новими спостережними даними рентгенівського випромінювання. Тобто, є доволі багато доказів, що підтверджують ідею існування нейтронної зорі.
Якщо в центрі SN 1987A справді пульсар, то це буде наймолодший такий об’єкт з усіх коли-небудь знайдених. «Можливість спостерігати за пульсаром по суті з моменту його народження була б безпрецедентною», — сказав співавтор дослідження Сальваторе Орландо (Salvatore Orlando) з Палермської астрономічної обсерваторії Національного астрофізичного інституту (National Institute for Astrophysics, INAF) в Італії. «Вивчити розвиток молодого пульсара — така нагода може бути раз у житті».
Центр SN 1987A оточений газом і пилом. Автори дослідження використовували найсучасніші комп’ютерні моделі (симуляції), щоб зрозуміти, як ця речовина буде поглинати рентгенівські промені різних енергій. Це дає змогу більш точно інтерпретувати спектр рентгенівських променів, тобто кількість рентгенівського випромінювання з різними енергіями. В такий спосіб науковцям вдалося оцінити спектр випромінювання центральних ділянок SN 1987A без впливу на нього випромінювання речовини, що закриває ці ділянки.
Як це часто буває, потрібні додаткові дані, щоб сильніше обґрунтувати наявність плеріона. Якщо у подальших спостереженнях буде виявлено посилення радіохвиль на тлі збільшенням відносно високоенергетичних рентгенівських променів, то це стане аргументом проти цієї ідеї. З іншого боку, якщо астрономи спостерігатимуть зменшення високоенергетичних рентгенівських променів, то наявність туманності, пов’язаної із вітром від пульсара, буде підтверджено.
Залишки зорі, що оточують пульсар, відіграють важливу роль, бо сильно поглинають його низькоенергетичне рентгенівське випромінювання. Це не дає змоги нині виявити пульсар. Модель прогнозує: ця речовина розпорошиться протягом наступних кількох років і буде менше поглинати рентгенівське випромінювання. Таким чином, науковці очікують, що випромінювання пульсара має з’явиться приблизно через 10 років, виявляючи існування нейтронної зорі.
За інф. з сайту https://phys.org підготував Іван Крячко
