Самая далекая гиперновая породила магнитар

Астрономы на основе данных с наземных и космических телескопов подтвердили природу самой далекой вспышки гиперновой, свет от взрыва которой шел до Земли 10,5 миллиардов лет. Предполагается, что при взрыве образовался быстровращающийся магнитар. Статья опубликована в The Astrophysical Journal.

Гиперновыми называют сверхъяркие сверхновые (SLSN), светимость которых в момент вспышки превышает светимость обычных сверхновых в десять и более раз. Первую гиперновую открыли в 1998 году и механизм их образования до сих пор не вполне ясен.

По одной из версий, гиперновые образуются при гравитационном коллапсе ядер очень массивных звезд (массой более 25 масс Солнца) с образованием черной дыры. По другой — процесс идет с образованием магнитара (нейтронной звезды с очень сильным магнитным полем). В числе других гипотез рассматривается вспышка в результате взаимодействия с околозвездным материалом, после слияния двойных систем из компактных объектов (например, нейтронных звезд или белых карликов) или сценарий с нестабильностью по отношению к образованию электронно-позитронных пар. 

Гиперновые интересны еще и тем, что это прекрасные «зонды» для изучения ранней Вселенной благодаря высокой яркости и достаточно медленному угасанию. По ним, например, можно оценить скорость образования звезд на разных значениях красного смещения. Кроме того, наблюдения за вспышками далеких гиперновых могут дать дополнительные ограничения на физические процессы, которые управляют этими событиями, например, информацию о металличности звезды-прародителя и синтезе тяжелых элементов при взрыве.

Сверхновая DES16C2nm была обнаружена в рамках обзора Dark Energy Survey 22 августа 2016 года. Наблюдения показали, что свет от родительской галактики, где произошла вспышка, шел до Земли 10,5 миллиардов лет (z = 1,998). Фотометрические и спектроскопические исследования проводились в ультрафиолетовом, инфракрасном и оптическом диапазонах при помощи одного из Магеллановых телескопов, телескопов VLT, Keck II, Gemini-South и орбитального телескопа «Хаббл».

Анализ кривых блеска и полученных спектров показал, что вспышка относится к типу гиперновых SLSN-I, оболочки которых обеднены водородом. Скорость падения яркости таких вспышек слишком велика, чтобы ее можно было объяснить исключительно радиоактивным распадом новообразованных тяжелых элементов, например, никеля-56. Возможно, это связано с взаимодействием ударной волны с околозвездным веществом, или же с тем, что источником энергии является быстровращающийся магнитар. В случае DES16C2nm наилучшее совпадение с кривой блеска показала модель образования магнитара с начальным периодом вращения 1,33 миллисекунды и индукцией магнитного поля 0,07×10¹⁴ Гс. Масса выброшенного вещества при этом оценивается в 6,3 масс Солнца, а энергия вспышки — в 10⁵¹ эрг. В спектрах были обнаружены линии поглощения, указывающие на наличие железа, кремния, титана, углерода, магния и кальция.

Схожесть спектров DES16C2nm со спектрами других гиперновых, таких как iPTF13ajg (z = 0,740) или Gaia16apd (z = 0,102), подчеркивает, что такие вспышки происходят на  разных расстояниях, при этом не обнаруживается различий в средней яркости или цвете гиперновых типа SLSN-I при больших или малых значениях красного смещения. Теоретически мы можем обнаруживать такие вспышки при значениях z >4, однако пока их достоверная идентификация затруднена из-за недостатка данных об особенностях спектров и кривых блеска.

Ранее мы рассказывали о том, почему взрывы сверхновых оказались основными поставщиками пыли в молодых галактиках, каким образом сверхновая раскрыла роль «центральных машин» в гамма-всплесках, и как «Хаббл» увидел световое эхо от взрыва сверхновой.

Александр Войтюк