Антон Первушин - Космос. Прошлое, настоящее, будущее

Наиболее известные сверхновые называют по именам описавших их вспышку астрономов (сверхновая Тихо, сверхновая Кеплера), по названиям созвездий, в которых они вспыхивали (сверхновая Орла, сверхновая Кассиопеи), или по году вспышки (сверхновая 1054 года). Яркие сверхновые, естественно, вспыхивали и в нашей Галактике. Некоторые из них были видны даже без телескопа. Сохранились исторические записи об их наблюдении. Например, китайские астрономы описали вспышку сверхновой в созвездии Телец в 1054 году, а сейчас мы наблюдаем остаток этого взрыва – Крабовидную туманность. Последние вспышки сверхновых в нашей Галактике наблюдали незадолго до изобретения телескопа (Тихо Браге в 1572 году и И. Кеплер в 1604 году).

После изобретения телескопа стали обнаруживаться вспышки сверхновых и в других галактиках. Их обозначают по году вспышки: сверхновая 1954B, сверхновая 1987A, где буква в порядке латинского алфавита указывает очередность открытия сверхновой в данном году. В каталогах сверхновые обозначают буквами SN (от SuperNova), например, SN 1972C – третья сверхновая 1972 года. Первые 26 сверхновых в каждом году обозначают заглавными буквами от A до Z. Следующие обозначаются парами строчных букв: aa, ab, и т. д. Например, последняя вспышка сверхновой, зарегистрированная в 2005 году, имела обозначение SN 2005nc, указывающее, что она была 367-й по счету в том году.

До 1950 года ежегодно обнаруживали единицы вспышек сверхновых, а с 1950 по 1990 год – десятки. После середины 1990-х, когда широко стали использовать электронные приемники света и компьютеры, ежегодно обнаруживались сотни вспышек, а после 2010 года, когда вступили в строй телескопы-роботы и космические телескопы с большим полем зрения, стали открывать тысячи сверхновых в год. При этом открытия совершают не только профессиональные астрономы, но и любители. Например, было открыто около 5000 сверхновых в 2016 году и около 5700 – в 2017-м. Все эти сверхновые обнаруживаются в других галактиках, но не в нашей. В каталоги занесено уже более 25 000 вспышек, причем в некоторых галактиках их наблюдали неоднократно. Статистика показывает, что в крупной спиральной галактике (типа нашей) в среднем происходит 1–2 вспышки за столетие. Однако последняя вспышка в нашей Галактике наблюдалась в 1604 году. Правда, методами радио- и рентгеновской астрономии были обнаружены остатки вспышек, происходивших и в более позднее время, но в оптическом диапазоне спектра, т. е. визуально, они не были видны. Причина в том, что вспышки сверхновых в большинстве своем происходят в диске Галактики, и Солнце располагается в диске, где межзвездное поглощение света очень велико. Это заметно сдерживает развитие физики сверхновых.

Предпринятые в последние годы наблюдения в разных диапазонах спектра позволили выявить остатки вспышек сверхновых, не замеченные визуально. Например, ярчайший радиоисточник на небе – Кассиопея А – оказался остатком вспышки сверхновой, которая должна была наблюдаться 330 лет назад, но не была замечена. Еще более современный остаток связан с радиоисточником G1.9+0.3 в Стрельце: эту вспышку мы должны были бы увидеть 140 лет назад, если бы место взрыва не находилось в районе центра Галактики. Оттуда оптическое излучение до Земли практически не доходит.

Причиной вспышки звезды как сверхновой служит ее взрыв на заключительном этапе эволюции. В результате взрыва звезда почти полностью разрушается. Не исключено, что в некоторых случаях происходит полное разрушение, но достоверно установлено, что после взрывов некоторых сверхновых сохраняется остаток звезды, ее сильно сжавшееся ядро – нейтронная звезда или черная дыра.

В последние годы обсуждается особый тип сверхновых – гиперновые (англ. hypernova ). Это наиболее грандиозный тип взрыва массивной звезды, знаменующий рождение черной дыры и ответственный за космические гамма-всплески. Существование гиперновых пока остается гипотезой, предложенной в связи с попытками объяснить явление гамма-всплесков, которые уже более полувека наблюдаются в далеких галактиках. Оптические вспышки, связанные с гамма-всплесками, выглядят значительно ярче обычных сверхновых. Поэтому либо энергия таких взрывов существенно превосходит энергию сверхновых, либо она излучается не изотропно, а направленно, в виде узкого луча, что нехарактерно для обычных сверхновых.

Открытие гамма-всплесков, природа которых до сих пор не вполне ясна, – одно из важнейших событий в астрофизике нового времени. Гамма-всплески (gamma-ray bursts, GRBs) – это кратковременные вспышки космического гамма-излучения, регулярно фиксируемые орбитальными обсерваториями. Уже более полувека и до недавних пор их не могли отождествить с какими-либо космическими объектами. Первый гамма-всплеск зарегистрировали 2 июля 1967 года американские военные спутники серии Vela, следившие за соблюдением международного договора от 1963 года о запрещении испытаний ядерного оружия в атмосфере, в космическом пространстве и под водой. Одновременная регистрация несколькими спутниками показала, что этот и последующие гамма-всплески не вызваны ядерными взрывами на Земле. Но где именно расположены их источники, долгие годы оставалось загадкой. Основная трудность в том, что гамма-детекторы имеют очень низкое угловое разрешение, т. е. крайне неточно указывают направление на источник.

Ситуация изменилась 28 февраля 1997 года, когда специализированный спутник Beppo-SAX (Италия и Голландия) зарегистрировал всплеск сначала в гамма-, а затем в рентгеновском диапазоне, где достигается более высокое угловое разрешение. Выяснилось, что за первоначальным всплеском излучения в гамма-диапазоне обычно следует долгоживущее «послесвечение», излучаемое на более длинных волнах (рентген, УФ, оптика, ИК и радио). Используя метод последовательного уточнения координат при переходе в более мягкие диапазоны спектра, с помощью наземных телескопов вскоре стали обнаруживать оптическое послесвечение гамма-всплесков, позволившее точно определить их положение на небе и отождествить с известными объектами.

Оказалось, что большинство таких вспышек происходит в очень далеких галактиках, находящихся от нас на расстояниях в миллиарды световых лет. Мощность этих взрывов невероятно велика: если при вспышке энергия излучается изотропно, то светимость источника превышает 10 45Вт (для сравнения: светимость большинства квазаров не превышает 10 40Вт). Поэтому большинство исследователей считает, что гамма-всплеск представляет собой узкий луч мощного излучения, испускаемого во время вспышки гиперновой, когда быстро вращающаяся массивная звезда коллапсирует, превращаясь в черную дыру. При этом за несколько секунд высвобождается столько энергии, сколько Солнце излучает за все время своей эволюции (10 млрд лет). Наши приборы замечают это событие только в том случае, если луч направлен на Землю. Скорее всего, это биполярный луч, выходящий из источника в двух диаметрально противоположных направлениях.