Странните свръхнови

Голяма част от всички взривяващи се звезди се отнася към тип Ia. Всички тези звезди имат еднакви свойства, независимо от параметрите на породилите ги звезди. Разбира се, необходима е известна еднородност на началните данни – това са двойни системи, състоящи се от бяло джудже и още една звезда. Но големината, масата и разстоянието между тези звезди могат да се променят в широки диапазони. И все пак те ще се взривяват еднакво.

Това постоянство в свойствата позволява да се използват взривовете на свръхнови от тип Ia като средство за измерване на разстоянията във Вселената. Именно затова благодарение на тях е открито ускореното разширение на Вселената. Сред свръхновите от тип Ia има някои малко по-различни взривове, чиито особености могат да се използват, за да се разбере още нещо за разширението на Вселената и за тъмната енергия.

Тези несполучили свръхнови от тип Ia, изглежда, се появяват, когато бялото джудже се оказва неспособно да се взриви в пълноценна свръхнова. „Те започват термоядрено горене, но се оказват неспособни да породят взривна вълна, която да премине през цялата звезда”, казва Джордж Джордан от Чикагския университет.

Свръхновата от тип Ia е такъв взрив на бяло джудже, който е издърпал от своята звезда компаньон достатъчно материя, за да започне термоядрена реакция. Тя започва благодарение на екстремалните условия на звездата – нейният размер е аналогичен на земния, а масата й е звездна. При достигането на предела на масата започва взрив. Такива изводи са направени въз основа на резултатите на компютърно моделиране, проведено на суперкомпютъра в Аргонската национална лаборатория в Чикаго.

Не е толкова лесно да се открие несъстояла се свръхнова от тип Ia. Нейната яркост е 10-100 пъти по-малка, отколкото при пълноценен взрив. Затова, независимо от малкия брой открити недовзривили се звезди, техният принос в общия брой свръхнови от тип Ia се оценява на 15%.

Първата такава звезда е открита сравнително скоро – през 2002 г. Наречена SN 2002cx, тази свръхнова се смята за най-странната от всички открити. Но най-мъждивата свръхнова била открита по-късно, през 2008 г. Ако типичната свръхнова може да се сравни с обикновена 60-ватова крушка, то най-мъждивата може да се сравни с незначителната светлина, отделяна от една светулка.

В изчислителния център на Чикагския университет е натрупан значителен опит числено моделиране. Там се използва стандартният сценарий на протичането на взрива. При него в центъра на бялото джудже започва термоядрено горене. То бързо се разпространява нагоре и стига до повърхността на джуджето. След пускането на реакцията на повърхността следва увеличаване в атмосферата на продукти от реакцията и тяхното движение над повърхността. Срещата на два или повече потока продукти създава взривни вълни, усилващи реакцията.

„Взехме стандартен сценарий на взрива и изучихме какво става, ако преминем към пределни условия”, казва Джордан. Както се оказало, в сценария на неуспелия взрив около центъра на бялото джудже възникват повече места на начало на реакцията и в резултат първоначално горенето протича активно. Поради по-мощното горене звездата забележително се разширява, гравитацията се оказва неспособна да я задържа в рамките на малката звезда. Така налягането и температурата нарастват недостатъчно, за да се случи истински взрив на свръхнова.

Вместо да се взриви, бялото джудже само гори и част от масата му изгаря и се изхвърля в Космоса. В този сценарий, получен в хода на моделирането, се оказал аналогичен на наблюдаваните свойства на непълноценен взрив. Но моделирането също показало редица свойства на бялото джудже, което още не са наблюдавани от астрономите. Най-интересен резултат се оказала скоростта на бялото джудже – в някои случаи моделирането на неговата скорост може да бъде стотици километри в секунда. Възможността за изхвърляне от белите джуджета с такива скорости не е предполагана преди.

Сред другите свойства е химическият състав на повърхността несиметричните свойства, което е в ярък контраст с типичните свръхнови от тип Ia. Несиметричността се проявява в разликата на това, което виждаме, в зависимост от зрителния ъгъл на двойната система от Земята (или с помощта на космически телескоп).

Тази несиметричност води и до ускоряване на бялото джудже, получаващо в една посока значително по-голям тласък, отколкото в други. Този тласък може да се окаже достатъчно силен, за да изхвърли джуджето от двойната система. В бъдеще такива свръхбързи звезди може дори да напуснат галактиката, освободили се и от гравитационното й привличане.

Ако силата на тласъка не е достатъчна, за да разкъса връзката между двете звезди, орбитата на бялото джудже сатав средно по-ниска и силно елиптична, докато повечето бели джуджета на ниски орбити имат много малък ексцентрицитет.

Химическият състав на повърхността на неуспялата свръхнова се оказва по-тежък от състава на нормалното бяло джудже. Типичното бяло джудже се състои практически само от въглерод и кислород, докато при моделирането на неуспешния взрив в състава на повърхността се добавят калций, титан и желязо. Поради това, че няма взрив на свръхнова, който да разхвърля из Космоса елементите, образувани в хода на термоядрената реакция, значителна част от изхвърлената звездна материя пада обратно на неговата повърхност, което връща тежките елементи и провокира по-нататъшния им синтез.

Бели джуджета с такива свойства все още не са открити, но съществуват звезди, чиито странности могат да бъдат обяснени с резултатите на новото моделиране. Но пълноценна проверка на резултатите от моделирането все още няма.

По материали на Чикагския университет