Взрывы сверхновых оказались основными поставщиками пыли в молодых галактиках

Астрономы выяснили, что пылевые зерна из карбида кремния начинают образовываться в остатках сверхновых через два года после взрыва звезды. Это подтверждает гипотезу, что сверхновые II типа являются важным источником пыли, богатой углеродом, наблюдаемой в молодых галактиках. Научная статья опубликована в журнале Science Advances.

Вопрос происхождения космической пыли в галактиках до сих пор остается открытым. Предполагается, что конденсация пылинок идет в плотной среде при температурах от 500 до 2000К, например в атмосферах звёзд-гигантов и сверхгигантов, в остатках новых и сверхновых, в планетарных туманностях или плотных газовых облаках, из которых формируются звезды. Однако не до конца понятно, как и где именно конденсируются и растут пылевые частицы и как они избегают разрушения в неблагоприятных условиях внутри областей активного звездообразования в галактиках. 

В последнее десятилетие представления об образовании пыли во Вселенной была подвергнута пересмотру после обнаружения огромного количества пыли в молодых галактиках, возрастом от 1 до 100 миллионов лет. Была выдвинута гипотеза, что основным источником пылевых зерен в таких объектах являются взрывы сверхновых II типа. В течение нескольких лет после взрыва может образовываться пыль общей массой 0,08-1 масс Солнца. Это подтверждается данными наблюдений, например Крабовидной туманности или остатка сверхновой SN1987A, которые давали оценки массы пыли в 0,1-0,5 масс Солнца. В случае других сверхновых регистрировались меньшие количества пыли, чего недостаточно для объяснения «запыленности» наблюдаемых молодых галактик. Однако теория приходит в согласие с наблюдениями, если предположить, что количество пыли будет непрерывно расти в течение нескольких лет.

Чтобы доказать это предположение, необходимы наблюдения за остатками сверхновых в течение долгого времени после взрыва, как это было, например, в случае сверхновой SN 2010jl. А можно применить альтернативный метод, который использовала группа во главе с Наном Лю (Nan Liu), которая исследовала изотопный состав пресолярных пылевых зерен в составе метеоритов. Они представляют собой тугоплавкие частицы межзвёздной пыли, которые содержались в протосолнечной туманности. Часть этих пылинок (X-grains), состоящие из карбида кремния, образовались в остатках сверхновых, о чем свидетельствует их изотопный состав, в частности избыток изотопа ²⁸Si и наличие короткоживущего изотопа ⁴⁴Ti с периодом полураспада 60 лет. Расчеты показывают, что такие пылевые зерна включают в себя вещества из внутренней (обогащенной элементами от кремния до серы) и внешней (обогащенной элементами от гелия до углерода) областей звезды на стадии предсверхновой, в том числе изотоп ⁴⁹V, образующийся в ходе реакций нейтронного захвата, и продукт его распада ⁴⁹Ti, которые могут служить «хронометром» для определения времени их образования в остатке сверхновой.

В работе изучались пылевые зерна из Мерчисонского метеорита, их изотопный состав определялся при помощи методов рентгеновской энергодисперсионной спектрометрии и наноразмерной масс-спектрометрии вторичных ионов, а затем сравнивался с данными по другим исследованным метеоритам и результатами расчетов. Было установлено, что эти пылинки образовались, по крайней мере, через два года после взрыва массивных звезд-прародителей, богатых углеродом. Если учесть, что наблюдения за остатками сверхновых SN 1987A и SN 2010jl показали, что углеродосодержащие зерна пыли начали появляться через несколько лет после взрыва, то в сумме эти данные подтверждают теорию о непрерывном накоплении пыли в остатках сверхновых.

Ранее мы рассказывали о том, как выглядит остаток сверхновой в 3D и его 15 лет жизни, каким образом сверхновая раскрыла роль «центральных машин» в гамма-всплесках, и как «Хаббл» увидел световое эхо от взрыва сверхновой.

Александр Войтюк