Исследователи выяснили, что белые карлики с массой, близкой к максимальной стабильной массе (предел Чандрасекара), с большой долей вероятности производят большие количества марганца, железа и никеля, когда они обращаются вокруг другой звезды, и взрываются как сверхновые типа Ia.
Художественное представление двойной звездной системы с белым карликом (слева), материи сопровождающей звезды (справа), пока она достигает предела Чандрасекара и взрывается сверхновой типа 1а. © Kavli IPMU
Сверхновая типа Ia представляет собой термоядерный взрыв богатого водородом и кислородом белого карлика в системе двойной звезды, в которой он и сопровождающая звезда обращаются вокруг друг друга. Во вселенной сверхновые типа Ia являются основными производителями марганца, железа, никеля и некоторых других элементов средней тяжести, как кремний и сера.
Правда, до сих пор ученые не пришли к единству в отношении того, какой же вид двойных звездных систем приводит белых карликов к взрыву. Кроме того, не так давно целенаправленные наблюдения показали большое разнообразие продуктов ядерного синтеза сверхновых типа Ia и их остатков, причем это касается особенно количества магния, стабильного никеля и радиоактивных изотопов никеля 56 и никеля 57. Ядерный синтез - это образование новых атомных ядер из уже имеющихся атомных ядер в звезде в результате ядерной реакции.
Чтобы окончательно понять причину такого разнообразия, руководитель проекта Шинг-Ши Лонг и старший научный сотрудник Кеньичи Номото из Токийского Института Кавли физики и математики вселенной (Kavli IPMU) провели моделирование на базе самой точной до сих пор модели многомерной гидродинамики сверхновых типа Ia. Они провели исследование на предмет зависимости образца химической частоты и образования новых атомных ядер из существующих нуклеонов от свойств белых карликов и их предшественников.
«Важнейшей и уникальнейшей частью этого исследования является то, что в его процессе было проведено точнейшее до сих пор изучение параметров в параметрическом пространстве сверхновых типа Ia с белыми карликами вблизи пределов Чандрасекара», - заявил Лонг.
Остатки сверхновой 3С 397, изображение составлено на основе данных, собранных на длине оптических, инфракрасных и рентгеновских волн. © X-ray: NASA / CXC / Univ of Manitoba / S.Safi-Harb et al, Optical: DSS, Infrared: NASA / JPL-Caltech
Особенно интересным случаем представляются остатки сверхновой 3С 397, которые находятся на расстоянии 18 тысяч световых лет от центра Млечного пути. Присутствующее в них частотное соотношение марганца и железа, а также никеля и железа оказались в два - четыре раза больше, чем у нашего Солнца. Лонг и Номото пришли к выводу, что частотные соотношения марганца, железа и никеля весьма чувствительны к массе и к металлическим свойствам белого карлика. Что касается металлических свойств, то они описывают, как часто встречаются элементы, более тяжелые, чем водород и гелий. Измеренные на 3С 397 значения можно объяснить тогда, когда масса белого карлика имеет массу, приближающуюся к пределу Чандрасекара, а также ему присущи высокие металлические свойства.
Результаты позволяют сделать вывод, что остатки сверхновой 3С 397 не могут являться следствием взрыва белого карлика с относительно небольшой массой. Белый карлик также должен для подобного взрыва иметь металлические свойства, превосходящие таковые у нашего Солнца - в отличие от соседних звезд, которые обычно обладают более низкими металлическими характеристиками.
Исследование дает отправные точки для дискуссионных споров, приближается ли масса белого карлика к пределу Чандрасекара, когда он взрывается сверхновой типа Ia, или его масса все же оказывается меньшей.
Результаты станут полезными для будущих исследований химического развития галактик, учитывая широкий спектр металлических свойств, и это стимулирует исследователей привлекать модели металлических свойств суперсолнц.
Лонг планирует, что следующий шаг этого исследования будет заключаться в продолжении проверок их модели с большим количеством наблюдений, а также в расширении модели на другие подклассы сверхновых типа Ia.
