В среду, 27 августа 2014 года, в журнале Nature вышла статья, среди авторов которой российские астрофизики, представляющих Институт космических исследований РАН, ИНАСАН и МФТИ. В статье сообщается об уникальном открытии — первом в истории наблюдении гамма-излучения от сверхновой звезды типа Iа. Свет от вспышки достиг Земли 15 января 2014 года, и через 50 дней после этого гамма-кванты от термоядерного взрыва, который произошел 11 млн лет назад в галактике М82, зарегистрировала международная астрофизическая лаборатория гамма-лучей ИНТЕГРАЛ — проект Европейского космического агентства совместно с Роскосмосом и NASA, в котором российские ученые имеют четверть всего наблюдательного времени. Корреспондент «Научной России» Алексей Паевский побеседовал с Евгением Чуразовым, первым автором статьи, членом-корреспондентом РАН, ведущим научным сотрудником ИКИ РАН, заместителем научного руководителя планируемой к запуску в 2016 году орбитальной обсерватории Спектр-Рентген-Гамма.

- Давайте для начала уточним: что такое «сверхновая типа Iа» и почему она называется SN2014J.

Сверхновые Iа — это очень особый и важный тип вспышек сверхновых звёзд. Он связан с так называемым фундаментальным пределом Чандрасекара, который ограничивает массу белых карликов в 1,4 массы Солнца. Если масса достигает этого предела, происходит термоядерный взрыв, вспышка сверхновой. Каким образом масса достигает этого предела? Существует несколько сценариев. Один из них, самый первый и самый простой — это перетекание газа в двойной системе с обычной звезды на белый карлик. Другой — это слияние двух белых карликов. Есть и более экзотические сценарии.

Что же касается названия, то первые две буквы означают Supernova — «Сверхновая». Четыре цифры — это год открытия. А дальше всё просто: первые 26 сверхновых текущего года получают однобуквенные обозначения, в окончании имени, из заглавных букв от A до Z. Остальные сверхновые получают двухбуквенные обозначения из строчных букв: aa, ab, и так далее. Так что заметно, что SN2014J была уже десятой сверхновой, открытой в 2014 году. Но важно, что она была очень близкой и имела тип Ia.

- Сверхновая взорвалась в 11 миллионах световых годах от нас. Неужели это близко?

Конечно, было бы гораздо интереснее, если бы сверхновая взорвалась бы в нашей галактике. Тогда мы могли бы изучить все нюансы взрыва и гораздо тоньше разобраться в механизмах сверхновой типа Iа. Однако последний раз такое случалось в 1604 году во времена Бориса Годунова. Это была так называемая Сверхновая Кеплера, которая вспыхнула 9 октября 1604 года в 20 000 световых годах — в 500 раз ближе. Ее было видно невооружённым глазом, но увы, тогда не было космических гамма-телескопов. Поэтому сейчас нам приходится «вытягивать» данные практически на пределе чувствительности. И всё-таки галактика М82 — это по меркам современной астрономии, очень близко. Практически окрестности нашей Галактики. И это первая сверхновая типа Ia в истории орбитальной астрономии, которая вспыхнула в досягаемости космического гамма-телескопа.

- Везение?

Можно сказать и так. Кстати, это не первый случай такого везения. В 1987 году в Большом Магеллановом облаке вспыхнула сверхновая II типа, SN1987A. Тоже «близко» — всего 179 тыс. световых лет. Тоже самая близкая сверхновая своего типа. Такие сверхновые образуются по другому механизму, в процессе коллапса массивной звезды с образованием нейтронной звезды или чёрной дыры. Незадолго до этого события заработала обсерватория «Рентген» на модуле «Квант» орбитальной станции Мир. И тогда удалось открыть гамма-излучение от сверхновой типа II.

- Как проходили наблюдения?

15 января 2014 года свет от вспышки сверхновой достиг Земли. Сама сверхновая взорвалась 11 млн лет назад, за это время некоторые звёзды успевают сформироваться и взорваться. Звезду «случайно» открыли в Лондоне 21 января, астроном Стив Фосси со студентами.

Первое время вещество звезды непрозрачно для гамма-квантов, рождающихся в глубоких слоях разлетающейся оболочки, тем не менее, было принято решение немедленно начать наблюдения. Мы благодарны российскому программному комитету Интеграл, который принял два непростых для него решения: прервать плановую программу наблюдений и выделить нам миллион секунд для наблюдения.

Кроме этого, мы воспользовались данными Сергея Сазонова из ИКИ и МФТИ, который наблюдал на ИНТЕГРАЛе эту же галактику в 2013 году. Логично было посмотреть на предыдущие данные, чтобы исключить другие потенциальные гамма-источники.

- Миллион?

Да, гамма-кванты приходится долго накапливать на детекторах, поэтому время наблюдения всех гамма-телескопов обычно очень большое. Мы наблюдали гамма-излучение звезды с 50 по 100 день с момента вспышки, а суммарное время наблюдений, как вы видите, составило более месяца.

- И какие результаты и выводы можно сделать? Что подтверждено, что опровергнуто?

Наши наблюдения между 50-ым и 100-ым днями с момента взрыва надежно зарегистрировали излучение в двух наиболее мощных гамма-линиях распада радиоактивного кобальта 56Co на энергиях 847 и 1237 кэВ, а также континуум на энергии в сотни кэВ. Зафиксированный поток свидетельствует, что около 0,6 массы Солнца радиоактивного никеля было синтезировано в процессе термоядерного взрыва звезды. На 75-ый день светимость сверхновой в гамма-лучах уже в три раза превышала оптическую. Наблюдаемая ширина линий говорит о том, что характерная скорость разлета вещества сверхновой составляет около 10 000 км/с.

Все эти параметры неплохо согласуются с предсказаниями самых простых сценариев эволюции белых карликов, которые говорят, что взрыв происходит в результате постепенного повышения массы вплоть до Чандрасекаровского предела в 1,4 массы Солнца, хотя нельзя отвергнуть и гипотезу о слиянии двух белых карликов. А вот более «экзотические» варианты уже не всегда согласуются с нашими наблюдениями. Данные обсерватории ИНТЕГРАЛ после 50-го дня с момента взрыва согласуются с «каноническими» свойствами сверхновых типа Ia, что и делает их «стандартными свечами» для определения растояний во Вселенной.

Еще раз подчеркну, что именно наблюдения гамма-излучения вспышки сверхновой позволяет фактически увидеть ее насквозь, а не только внешние слои, которые видно в оптике. И именно этим важно наше открытие.

- Правильно ли я понимаю, что ИНТЕГРАЛ сейчас — это единственная гамма-обсерватория в космосе? Ведь единственная из четырёх «великих обсерваторий NASA», которая завершила работу — это как раз Комптоновская гамма-обсерватория, CGRO?

В своем диапазоне ИНТЕГРАЛ — действительно сейчас единственный инструмент. Есть обсерватория Fermi, которая работает с гораздо большими энергиями: сотни МэВ и выше, есть несколько рентгеновских обсерваторий, например, Chandra или XMM-Newton, которые работают с меньшими энергиями. Ближе всего к нам обсерватория NuStar, которая представляет собой длинные конические зеркала, фокусирующие высокоэнергетичные кванты на детектор, тогда как в ИНТЕГРАЛе использован принцип синтезированной апертуры. Однако NuStar работает с квантами с энергией от 7 до 80 кэВ. Так что инструмент, который наблюдает небо в диапазоне энергий от сотни кэВ до нескольких МэВ только один — ИНТЕГРАЛ.

- Гамма-телескоп ИНТЕГРАЛ на орбите в этом году отпразднует дюжину лет и, разумеется, наблюдения сверхновой — не первый его результат. Какие предыдущие достижения обсерватории можно отметить?

За двенадцать лет было получено много интересных результатов. Можно отметить построение жесткой рентгеновской карты всего неба с рекордной чувствительностью в области галактической плоскости и выделенных внегалактических полей; открытие новых популяций рентгеновских источников, наблюдения линий радиоактивного титана-44 от сверхновой второго типа (SN 1987А — той самой, в Большом Магеллановом облаке); наблюдения рентгеновского фона, используя Землю в качестве экрана; изучение природы рентгеновского «хребта» Галактики; исследование аннигиляции позитронов в центре Галактики и много другое. Об этом вы можете прочесть на веб-сайте отдела астрофизики высоких энергий ИКИ РАН: http://hea.iki.rssi.ru/ru/index.php.

http://scientificrussia.ru/articles/churazov