Очень новая сверхновая

Обоим последним титанам дотелескопической астрономии – датчанину Тихо Браге и его ученику, немцу Иоганну Кеплеру – довелось открыть по сверхновой, в деталях увидеть финальную агонию звезды. Первая вспыхнула в созвездии Кассиопеи и, достигнув блеска Венеры, просияла на ночном небе 15 месяцев – с 6 ноября 1572 года до начала года 1574. Вторая была чуть слабее и от невооружённого глаза скрылась уже через год после того, как 9 октября 1604 года зажглась в границах современного созвездия Змееносца.

Эти две вспышки были описаны в многочисленных исторических документах из Китая, Кореи и Европы, наконец поднявшей в эпоху Возрождения голову к небу. Тем не менее, тщательные измерения блеска и положения умирающей звезды, которые оставили Браге и Кеплер, заставляют астрономов и по сей день называть сверхновые 1572 и 1604 годов «Сверхновой Тихо Браге» и «Сверхновой Кеплера».

С приходом телескопа разглядеть явление, казалось бы, должно было стать ещё проще, и у честолюбивых учёных появился лишний повод заниматься астрономией.

Однако с тех пор – как отрезало. Ни единой вспышки сверхновой в пределах нашей Галактики – Млечного пути – найти учёным до сих пор не удаётся.

К концу XIX века мы уже научились открывать сверхновые в других галактиках, хотя ещё не до конца были уверены, что они собой представляют, – в 1885 году сверхновая появилась в нашей галактической соседке, Туманности Андромеды. А в 1987 году, уже хорошо разобравшись, что Магеллановы облака являются спутниками нашего Млечного пути, астрономы открыли сверхновую в одном из них, которую даже можно было разглядеть невооружённым глазом.

Однако в самом Млечном пути ничего подобного вот уже 404 года увидеть не удаётся. Есть, правда, подозрения, что первый королевский астроном в истории Англии Джон Флемстид в конце XVII века видел вспышку сверхновой в том же созвездии Кассиопеи, что и Тихо Браге веком раньше. Однако каких-то внятных записей на этот счёт он не оставил, так что соответствующую сверхновую, остаток которой был открыт радиоастрономами уже в середине XX веке зовут просто «Кассиопея А». До сих пор именно она носила почётное звание «самой молодой сверхновой Галактики».

Проблема отсутствия сверхновых в нашей Галактике за последние 400 или – с учётом Кассиопеи А – 300 лет на деле куда серьёзней, чем недоудовлетворение тщеславия отдельных астрономов.

Современные модели предсказывают, что такие такие взрывы, знаменующие конец жизни массивной звезды или плотного белого карлика, должны происходить в такой большой галактике, как Млечный путь, с частотой 3–4 взрыва в столетие. Конечно, от края до края в нашей Галактике свет идёт около сотни тысяч лет, так что и сверхновые Кеплера и Тихо произошли не 400, а многие тысячи лет назад. Однако поскольку происходят они во всевозможных уголках нашей звёздной системы, время запаздывания значения не имеет. Важна частота, и для неё есть хорошая оценка – 3–4 вспышки в столетие. Вместо этого мы видим молчание.

Ударные волны от сверхновых часто запускают процесс образования новых звёзд и планет, сжимая межзвёздный газ. Кроме того, именно сверхновые обогащают межзвёздное вещество тяжёлыми элементами, из которых потом формируются и звёзды, и планеты. Все атомы тяжелее железа «варятся» исключительно при взрывах сверхновых. Не будь их, прощай рыбалка со свинцовыми грузилами и обручальные кольца, атомные ядра которых миллиарды лет назад образовались при взрыве какой-то сверхновой.

Ошибаемся ли мы в оценке частоты событий, а значит – и во всём понимании нами эволюции звёзд? Судя по всему, нет. Мы просто иногда не замечаем взрывов.

Астрономам под руководством Стивена Рейнольдса из Университета американского штата Северная Каролина удалось найти доказательства вспышки сверхновой всего лишь 100–140 лет назад, а возможно – и того меньше. Произошла она вблизи центра нашей Галактики, в направлении на созвездие Стрельца. На данный момент это самое недавнее такое событие, известное астрономам.

Если сам фейерверк мы пропустили, приходится искать его следы. После взрыва сверхновой часть вещества может остаться в центре взрыва в виде чёрной дыры или нейтронной звезды. Однако значительная и, как правило, большая доля разлетается в окружающее пространство. Будучи сильно нагретым ударной волной, вещество это ярко светится, и соответствующая туманность называется остатком сверхновой. Учёные исследовали именно такой остаток, обозначенный в небесных каталогах G1.9+0.3 (в названии, на самом деле, просто зашифровано местоположение объекта в галактической системе координат – 1,9 градусов галактической долготы и +0,3 градуса галактической широты).

Обнаружен G1.9+0.3 был с помощью радиотелескопа ещё в 1984 году Дэвидом Грином – одним из соавторов последней работы, результаты которой будут в начале июня опубликованы в Astrophysical Journal Letters (временная ссылка). Учёные сразу отметили, что этот остаток сверхновой – очень небольших размеров, всего 85 угловых секунд. Как отметили тогда Грин и его коллега Стивен Гулл, сам взрыв сверхновой должен был произойти совсем недавно (по астрономическим меркам, конечно), так как вещество успело разлететься лишь на очень небольшое расстояние. Однако они и представить не могли, что речь идёт лишь о сотне лет.

Чтобы проверить гипотезу, Стивен Рейнольдс и его коллеги воспользовались космической обсерваторией Chandra, работающей в рентгеновском диапазоне. Рентгеновское излучение слабо поглощается межзвёздной пылью, скрывающей центр нашей Галактики и расположенные в её плоскости далёкие объекты от глаз оптических телескопов. Кроме того, газ в ударной волне нагревается очень сильно, и высокоэнергичные электроны, вращаясь вокруг линий магнитного поля, также сжатого ударной волной, высвечивают энергию взрыва именно в виде рентгеновских лучей.

Исследование 8 тысяч рентгеновских фотонов, полученных Chandr'ой за 14 часов наблюдений в феврале и марте 2007 года, подтвердило, что речь действительно идёт об очень молодом остатке сверхновой. Кроме того, по полученному рентгеновскому спектру стало ясно, что излучение к нам приходит, преодолевая огромную пылевую завесу, и находится, судя по всему, в непосредственной близости от центра нашей Галактики.

Однако учёные обратили внимание и на то обстоятельство, что наблюдаемый ими в рентгеновском диапазоне остаток имеет размер не в 80–90, каким его видели в середине 1980-х годов, а уже в 100–120 угловых секунд. Такую разницу уже нельзя объяснить разными нюансами вроде того, что рентгеновское излучение, исследованное в 2007 году, может рождаться в более удалённых от центра взрыва областях, чем радиоволны, принятые в 1984 и 1985 годах.

Уже первоначальный анализ показал, что остаток сверхновой за 22 года расширился на 16% или около того.

Эта скорость позволяет прикинуть возраст туманности – около 140 лет.

На деле он может быть даже меньшим, так как, постепенно высвечивая свою энергию, ударная волна со временем тормозится, так что выброшенное при взрыве вещество, скорее всего, разлеталось прежде ещё быстрее. Впрочем, и сейчас скорость не маленькая – примерно 12–15 тысяч километров в секунду. По этому показателю G1.9+0.3 также является рекордсменом среди всех известных остатков сверхновых.

Чтобы окончательно удостовериться в своих выводах, учёные также сфотографировали объект в радиодиапазоне, используя тот же набор телескопов VLA (Very Large Array) в американском штате Нью-Мексико, что и два десятилетия назад. И хотя конфигурация радиотелескопов сейчас не такая, как тогда, что не позволяет провести наблюдения на точно такой же частоте, что и раньше, учёные решили не ждать перестроения VLA. Результаты работы радиоастрономов, подтвердивших небольшой возраст и большую скорость расширения оболочки, также приняты в публикации в качестве письма, но в другом, британском журнале – Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (временная ссылка).

Так что сверхновые в нашей Галактике всё же вспыхивают, и довольно часто, особенно если учесть, что ещё два объекта – SSTGFLS J222557+601148 в созвездии Цефея и G0.57-0.018, ещё более близкого к Галактическому центру в созвездии Стрельца, обнаруженные несколько лет назад, также, похоже, не старше 150–300 лет. Правда, выводы об их возрасте были сделаны лишь на основе моделей, ничего подобного стремительному расширению оболочки G1.9+0.3 в указанных двух объектах пока найдено не было.

Остаётся вопрос, почему же многочисленные астрономы конца XIX века, вооружённые серьёзными телескопами, все, как один, проглядели взрыв.

Причина в том, что все их телескопы тогда были оптическими, и в том, что оптическое излучение, исходящее из центра нашей Галактики, почти полностью поглощают пылевые частицы, находящиеся на пути света. В среднем видимое излучение по пути от центра Млечного пути к Солнцу ослабляется в миллион раз. Кроме того, остаток сверхновой G1.9+0.3 находится в плотном газопылевом облаке, которое даёт поглощение ещё примерно такой же величины.

Даже если событие, породившее G1.9+0.3, относилось к относительно редкому классу ярких сверхновых типа Ia – а существуют косвенные указания так полагать, – заметить её едва-едва смогли бы даже самые современные телескопы XXI столетия, вооружённые приёмниками света, о которых 100 лет назад астрономы даже не догадывались.

Хотя если бы пыли не было, это событие точно не осталось бы незамеченным – новое светило из созвездия Стрельца превзошло бы по блеску утреннюю звезду, Венеру, а с ними и сверхновые Кеплера и Тихо Браге. И это несмотря на то что последние случились поближе к Земле, чем центр Галактики.

А если бы прародитель G1.9+0.3 находился на месте ближайшей к нам звезды Альфы Центавра, то в первые месяцы после взрыва мы бы увидели в созвездии Стрельца звезду, блеском почти не уступающую Солнцу. Впрочем, ни читать, ни писать этот текст было бы уже некому. Тех, кто смог бы пережить сам взрыв и жёсткое излучение, которое способно пробить озоновый слой и спалить всю биосферу, в середине XX века смела бы та самая ударная волна, разогнавшаяся до десятка тысяч километров в секунду, и так много рассказавшая нам о самом молодом остатке сверхновой.