Газета Троицкий Вариант - Газета Троицкий Вариант # 48

Общепринятым механизмом появления такой сверхновой считается термоядерный взрыв белого карлика, масса которого превысила критическое значение — так называемый предел Чандрасекара, примерно равный 1,4 массы Солнца. Белые карлики — это сверхплотные останки звезд, полностью истративших термоядерное топливо в процессе эволюции и сжавшихся до очень малых размеров при относительно большой массе (порядка массы Солнца).

До сих пор оставалось неясным, как именно происходит накопление массы и достижение критического «порога». Наиболее вероятными считались две гипотезы. В первой предполагается, что белый карлик — будущая сверхновая — находится в двойной системе с нормальной звездой и постепенно перетягивает на себя вещество компаньона. Процесс перехода вещества называется аккрецией, а сам сценарий — аккреционным.

Вторая гипотеза рассматривает слияние двух белых карликов в двойной системе.

Попытки различить эти два сценария и понять, какой из них более распространен, до сих пор основывались на теоретических расчетах взрывов белых карликов в разных сценариях и сравнении результатов этих расчетов с наблюдениями сверхновых. Другой путь — исследование эволюции звезд в двойных системах с целью определить, насколько многочисленны системы того или иного типа в галактиках.

Идея, которую высказал и проверил экспериментально Марат Гильфанов, состояла в том, что эти два сценария можно различить по внешним проявлениям активности белых карликов, предшественников сверхновых, задолго до взрыва сверхновой. А именно, он обратил внимание на то, что теория предсказывает принципиально разные рентгеновские светимости до взрыва в каждом из этих сценариев.

Аккреционный сценарий предсказывает, что в течение нескольких миллионов лет до взрыва аккрецирующий белый карлик является ярким источником излучения в рентгеновском диапазоне. В противоположность этому, два белых карлика в двойной системе ведут себя «электромагнитно тихо»: они почти не излучают ни в одном из диапазонов электромагнитного спектра, вплоть до самого последнего момента перед слиянием и взрывом.

Важно, что частота вспышек сверхновых в галактике в среднем пропорциональна ее массе, которую можно оценить экспериментально. Следующий шаг — определить число двойных систем с белым карликом, которое требуется аккреционным сценарием для наблюдаемой частоты взрывов сверхновых. Далее уже нетрудно предсказать общую светимость аккрецирующих белых карликов — предшественников сверхновых в галактике и сравнить ее с той, что наблюдается на самом деле.

Идея оказалась достаточно простой, чтобы первые выкладки для галактики Туманность Андромеды (М31) были сделаны практически сразу. Детальные же вычисления с учетом различных режимов аккреции на белые карлики, возможного разброса возраста звездного населения в галактиках, а также работа с данными наблюдений обсерваторией «Чандра» заняли почти год.

В итоговой статье описывались результаты исследования для шести близких эллиптических галактик. Выбор диктовался тем, что в таких галактиках сравнительно мало газа, который поглощает и тем самым заметно ослабляет мягкое рентгеновское излучение аккрецирующих белых карликов. Кроме них исследовалась центральная область (так называемый балдж) галактики Туманность Андромеды.

Для экспериментальной оценки масс галактик и их рентгеновской светимости использовались данные ближнего инфракрасного (обзор 2MASS и результаты орбитального телескопа Spitzer, NASA) и рентгеновского (орбитальная обсерватория Chandra, NASA) диапазонов.

В качестве параметров аккреционного сценария были выбраны следующие весьма консервативные значения: начальная масса белого карлика — 1,2 массы Солнца (более вероятны меньшие значения начальной массы, при которых рентгеновское излучение будет больше), темп аккреции — одна десятимиллионная массы Солнца в год. Частота вспышек сверхновых в типичной эллиптической галактике — примерно одна вспышка в 50100 лет. Соответственно, число аккрецирующих белых карликов в такой галактике должно составлять несколько тысяч.

Следующий шаг — вычисление их общей светимости на основе заданных параметров. А затем теоретически предсказанные значения рентгеновской светимости (диапазон 0,3–0,7 кэВ) сравнивались с реальными экспериментальным данными Chandra.

Оказалось, что предсказываемые в аккреционном сценарии светимости галактик в рентгеновском диапазоне превосходят наблюдаемые значения в 30–50 раз, при этом надо учитывать, что не все наблюдаемое излучение связано именно с белыми карликами). Следовательно, с достаточно высокой степенью уверенности можно утверждать, что аккреционный сценарий появления сверхновых в таких галактиках не работает, — доля сверхновых, появившихся таким способом, не превышает нескольких процентов. Поскольку единственной альтернативой в настоящее время является сценарий сливающихся белых карликов, он становится наиболее вероятным источником вспышек сверхновых типа Ia.

Здесь само исследование заканчивается, но появляется множество новых вопросов.

Во-первых, дальнейшего рассмотрения требуют галактики других типов. Как подчеркивает сам Марат Гильфанов, полученный результат касается только эллиптических, т.е. сравнительно старых галактик. Это существенное уточнение: в спиральных галактиках рентгеновское излучение аккрецирующих белых карликов может быть «спрятано» за счет поглощения газом и пылью, которые в достаточном количестве присутствуют в таких галактиках. Впрочем, насколько этот процесс эффективен, еще предстоит исследовать. Во-первых, в спиральных — «молодых» галактиках, где много массивных короткоживущих звезд, может в принципе реализовываться режим аккреции, при котором белые карлики в аккреционном сценарии будут в основном излучать в ультрафиолетовом и оптическом диапазонах спектра. Поэтому в таких галактиках аккреционный сценарий может, по крайней мере теоретически, играть заметную роль.