Методи оптичної спектроскопії допоможуть пролити світло на еволюцію наднових зірок.
Білі карлики - стадія еволюції деяких зірок, коли в них перестає працювати термоядерна «топка», вони стискаються і випромінюють за рахунок ще залишилася теплової енергії. Однак частина з них не бажає спокійно згаснути і закінчує своє життя термоядерними вибухами, званими надновими типу Ia.
Вивчення наднових - одне з найважливіших питань в астрофізиці. Саме ці вибухи розсіюють у космосі важкі хімічні елементи, що утворюються в зоряних ядрах і під час самих вибухів. А з цих елементів потім народжуються зірки наступних поколінь, їхні планетні системи і життя на них. Це повною мірою стосується Сонячної системи, Землі та життя на ній. Так, велика частина марганцю, заліза і нікелю на Землі була отримана в результаті цих вибухів більше п'яти мільярдів років тому.
Але їх вивчення цікаве не тільки з точки зору розуміння еволюції зірок, а й з точки зору еволюції всього Всесвіту. Справа в тому, що саме спостереження за надновими типи Ia призвели до відкриття прискореного розширення Всесвіту (Нобелівська премія з фізики за 2011 рік).
Наднові цього типу використовуються космологами як стандартні джерела («свічки») для вимірювання астрономічних відстаней. Пов'язано це з тим, що за існуючою теорією білі карлики вибухають завдяки збільшенню своєї маси за рахунок падіння на них навколишньої речовини (акреції) при перевищенні межі Чандрасекара (близько 1,44 мас Сонця). Через сталість цього значення і однорідність речовини такі наднові мають однакову максимальну світність.
Тим не менш, повної згоди щодо зіркової еволюції, що призводить до вибуху, і самих механізмів вибуху немає. Теоретичні моделі повні невизначеностей. Наприклад, протягом десятиліть вважалося, що для вибуху зірки необхідна маса, що перевищує межу Чандрасекара. Однак зараз астрофізики вважають, що і білі карлики меншої маси також можуть вибухати, хоча для підтвердження цього виведення необхідні додаткові спостереження. Незрозуміло, і як розвивається вибух, починається він поблизу центру зірки або поблизу її поверхні, і так далі.
Астрофізики з Університету Нового Південного Уельсу (Австралія) в статті, опублікованій в журналі Physical Review Letters, повідомляють про розроблений ними новий метод спостережень, який вони називають томографією залишків наднових. Метод заснований на оптичній спектроскопії різних шарів речовини наднової, викинутої вибухом назовні. Він дозволяє тестувати моделі наднових, оскільки різні механізми вибуху дають різний хімічний склад і картину викиду.
На сьогоднішній день аналіз складу залишків наднових в основному заснований на рентгенівських спектроскопічних спостереженнях, які обмежені невеликою кількістю доступних рентгенівських фотонів і точністю приладів, часто недостатньою для визначення важливих характеристик.
Новий метод дозволяє визначити склад і динаміку викиду з використанням видимого випромінювання сильно іонізованого заліза, сірки та інших елементів. Незважаючи на слабкість цього випромінювання, дослідникам все ж вдалося його зареєструвати, використовуючи сучасне обладнання Дуже Великого Телескопа (VLT) в Чилі. Раніше астрофізикам вдавалося побачити тільки оптичне випромінювання від обуреного вибухом міжзоряного середовища, тепер же вони спостерігали самі викиди.
Для вивчення дослідники вибрали три залишки наднових типу Ia у Великій Магеллановій хмарі - галактиці-супутнику Чумацького Шляху. В одному випадку вони виявили, що лінії випромінювання відповідають передбаченим стандартними моделями вибуху білого карлика з масою, близькою до межі Чандрасекара. А ось в іншому - спектр вказує на вибух білого карлика з масою нижче межі Чандрасекара. Важливо відзначити, що їм вдалося визначити доплерівські зрушення спектральних ліній, які можуть бути пов'язані зі швидкостями викиду речовини в різних напрямках.
Дослідники вважають свій результат одним з найважливіших відкриттів у галузі досліджень залишків надновою за останнє десятиліття. Але поки це лише перший крок до реалізації потенціалу нового методу. Теоретики тепер повинні надати модельні прогнози для спектральних ліній, щоб їх можна було порівняти зі спостереженнями.
За матеріалами Університету Нового Південного Уельсу