Астрономы создали трехмерную модель сверхъяркой сверхновой

Астрономы создали первую трехмерную симуляцию сверхяркой сверхновой — объекта, который примерно в сто раз ярче типичной сверхновой. Свою модель они описали в статье в журнале Astrophysical Journal.

Вот уже более десяти лет сверхъяркие сверхновые остаются загадкой для астрономов. В то время как некоторые их характеристики отчасти схожи с характеристиками обычных сверхновых, они сияют на небе намного ярче — как минимум в десять раз. Полученные телескопами данные указывают на то, что существует несколько возможных механизмов образования подобных объектов. Один из них предполагает, что мощные вспышки возникают, когда в ходе коллапса массивной звезды образуется магнитар — быстро вращающаяся нейтронная звезда, чье магнитное поле в триллионы раз сильнее земного. Когда магнитар испускает ветер из разогнанных до высоких скоростей заряженных частиц, его вращение тормозится, а выделяющаяся при этом энергия разогревает окружающую материю и заставляет ее светиться ярче. Однако этот сценарий — лишь гипотеза, и чтобы лучше понять процессы, которые происходят со сверхъяркими сверхновыми, ученым необходимо трехмерное моделирование.

Группа исследователей из Австрии, США и Тайваня под руководством Ке-Чжун Чена (Ke-Jung Chen) из Академии Синика создали первую трехмерную гидродинамическую симуляцию сверхъяркой сверхновой. Они поместили магнитар радиусом около 10 километров в центр газопылевого образования радиусом примерно 15 миллиардов километров. Ученые отмечают, что подобные работы требуют большой вычислительной мощности, поэтому они использовали суперкомпьютер, принадлежащий Национальному энергетическому научно-исследовательскому вычислительному центру.

С помощью модели астрономы проследили за эволюцией объекта в течение первых 200 дней после его формирования, что позволило им наблюдать образование ударной волны на этапе взрыва и ускорение окружающий материи магнитарным ветром. Симуляция показала, что в остаточной оболочке сверхъярких сверхновых возникают гидродинамические неустойчивости, причем на двух масштабах. Первые происходят в пузыре горячей материи, разогретой магнитаром, а вторые возникают, когда ударная волна молодой сверхновой сталкивается с газом и пылью в межзвездном пространстве. Из-за этого остаточное вещество перемешивается намного сильнее, чем в случае с обычной сверхновой, что может определять спектр и кривую блеска события.

Кроме того, группа Ке-Чжуна обнаружила, что магнитар может ускорять кальций и кремний, которые выбрасываются при взрыве молодой сверхновой, до 12 тысяч километров в секунду, что объясняет, почему в спектрах, полученных при наблюдениях, их эмиссионные линии расширены. Также они определили, что энергия даже слабых магнитаров может ускорить элементы подгруппы железа, которые обычно спрятаны в глубине остатка сверхновой, до 5-7 тысяч километров в секунду, и тогда становится ясно, почему железо наблюдается на ранних этапах вспышек сверхновых, например таких, как SN 1987A. Ученые долгое время не могли найти объяснение этому феномену.

Недавно астрономы сообщили об обнаружении самой яркой и высокоэнергетичной сверхновой из известных на сегодняшний день. Суммарная энергия, выделившаяся объектом, оказалась в сотни раз больше, чем в случае обычных сверхновых.

Кристина Уласович