Оболочки-гиганты (в межзвездной среде)

В 1980 г. с борта внеатмосферной обсерватории "ХЕАО-А" (США) был обнаружен гигантский (очень протяженный) источник мягкого рентг. излучения в созвездии Лебедя с центром около звезды Лебедя и угловым размером (Cygnus Superbuble, CS). Расстояние до этого источника оценено в 2 кпк, хотя, возможно, оно и несколько меньше (нижнюю оценку дает расстояние в 0,8 кпк до остатка сверхновой - Петли Лебедя, к-рый расположен к нам ближе, чем рентг. источник). Источник CS частично заслонен от нас плотными облаками газа и пыли, известными под названием Большой Провал (Great Rift). Вблизи центра источника CS расположена мощная звездная ассоциация ОВ2, также сильно заслоненная газово-пылевыми облаками. При расстоянии до источника 2 кпк его поперечник равен 0,4 кпк, т.е. примерно толщине диска Галактики.

По оптич. наблюдениям в линии водорода Н граница рентг. источника окаймлена системой водородных волокон, существование к-рой можно объяснить распространением в межзвездной среде ударной волны. Радиоастрономич. наблюдения на волне 21 см показали, что рентг. источник окружен сверхоболочкой из нейтрального холодного водорода. Это согласуется с картиной движения ударной волны: перед ее фронтом находится холодный нейтральный газ, а за фронтом - очень горячая плазма, излучающая преимущественно в рентг. и УФ-диапазонах. По спектру рентг. излучения, почти идентичного для разных участков источника, была определена темп-ра излучающей плазмы К. По измеренному потоку излучения f = 1 фотон/(см²с) (около Земли), данным о средней по спектру энергии фотонов = 0,8 кэВ и межзвездном поглощении излучения (оно ослабляется примерно в 8 раз) вычислены поток энергии излучения эрг(см²с), полная рентг. светимость источника эрг/с и пространственная концентрация электронов в источнике . Отсюда следует, что запас внутр. энергии излучающей плазмы при норм. исходном хим. составе газа () равен эрг (в этой ф-ле n_H - число атомов водорода, n_He - число атомов гелия в 1 см³, см³ - объем источника). Полученное значение внутр. энергии источника слишком велико, чтобы связать его происхождение со вспышкой обычной сверхновой звезды (ср. энергия, выделяющаяся при вспышке обычной сверхновой, составляет эрг).

Существуют две осн. гипотезы о происхождении О.-г. в созвездии Лебедя. Согласно первой из них, оболочка возникла под действием звездного ветра, к-рый создают следующие друг за другом вспышки сверхновых. Порожденные взрывами сверхновых потоки газа движутся со скоростями ~ 10⁴ км/с, типичными для расширения молодых остатков сверхновых. Для создания и поддержания мощного "ветра" частота вспышек сверхновых должна быть достаточно высокой. Это требование может выполняться, т.к. рассматриваемые процессы протекают в плотных газово-пылевых облаках, где могут рождаться массивные 0-звезды (см. Звездообразование). Эти звезды быстро эволюционируют (за ~ 10⁶ лет) и заканчивают свою жизнь вспышкой сверхновой. Как показали расчеты, исходившие из начальной концентрации частиц межзвездного газа , О.-г. в Лебеде могла бы возникнуть при последовательно произошедших вспышках ок. 40 сверхновых (возраст оболочки оценивается в лет).

Вторая гипотеза рассматривает происхождение рентг. источника CS и О.-г. как результат очень мощного взрыва единичной массивной звезды. Согласно расчетам, энергия, выделившаяся при таком взрыве, должна достигать эрг, а время, прошедшее с момента взрыва, ~ 1 млн. лет ( 1 см^-3). Важнейшей проблемой для второй гипотезы явл. реальность единичных взрывов с аномально большим энерговыделением (примерно в сто раз превышающим энергию вспышек обычных сверхновых). Возможность столь мощных взрывов следует из анализа кривой блеска одной необычной сверхновой SN1961v. Эта сверхновая, судя по кривой блеска, резко отличалась от сверхновых первого и второго типов. Ее кривая блеска, во-первых, не имела начального куполообразного максимума; во-вторых, платообразный ход кривой, длившийся более года, сменился значительным подъемом с последующим крутым падением блеска; в-третьих, на спадающей части кривой выявились ступени, так что эта сверхновая наблюдалась очень долго, ок. 10 лет. Анализ кривой блеска SN 1961v привел к неожиданным результатам: эрг, масса , . На более ранних фотографиях в месте вспышки сверхновой SN 1961v удалось обнаружить предсверхновую с очень высокой абс. светимостью, к-рая вполне соответствует указанным выше параметрам. Схожий по характеристикам звездообразный объект R136a был открыт недавно в Большом Магеллановом Облаке.

Упомянутые расчеты распространения звездного ветра (первая гипотеза) или продуктов единичного взрыва (вторая гипотеза) в межзвездной среде осуществлялись в рамках модели "снежного плуга", рассматривающей источник как расширяющуюся область неизлучающего горячего газа, окруженного плотной излучающей тонкой оболочкой. Оболочка возникает из сгребенного вещества межзвездной среды. По сравнению с массой оболочки масса горячего газа в центральной области считается пренебрежимо малой, как и толщина оболочки по сравнению с размером области. Теория позволяет определить простые степенные зависимости от времени осн. характеристик источника: внутр. энергии, давления в центральной области и радиуса О.-г. С учетом адиабатичности газа в начальной стадии расширения удается определить энергию взрыва, а затем и др. характеристики предсверхновой звезды (аналогично можно получить характеристики звездного ветра в первой гипотезе).

В рамках второй гипотезы намечается эволюционная последовательность: 1) сверхмассивные звезды типа R136a (), 2) аномально мощные взрывы сверхновых типа SN 1961v ( эрг), 3) гигантский остаток сверхновой типа Cygnus Superbuble ( 200 пк).

Существуют и др. гипотезы происхождения О.-г. в Лебеде. Прежде всего значительный вклад в образование О.-г. мог внести обычный звездный ветер от горячих и массивных звезд, в частности звезд упомянутой ОВ2-ассопиации. Существует и такая крайняя точка зрения, что вся О.-г. явл. кажущимся наложением обычных оболочек, порожденных звездами ОВ-ассоциации и отдельными вспышками сверхновых. Тем не менее в пользу единой причины образования О.-г. в созвездии Лебедя косвенно свидетельствует существование др. объектов подобного типа в Галактике и в соседних галактиках. Методами радиоастрономии обнаружены десятки О.-г. диаметром от 100 до 300 пк. Они проявляют себя и в рентгеновском диапазоне длин волн. В близкой окрестности Солнца имеются, по-видимому, еще два объекта, подобных объекту CS: туманность в Парусе (Gum Nebula) и комплекс в Орионе - Эридане. связанный, по-видимому, с петлей Барнарда. Вклад таких оболочек, содержащих горячий газ, в энергетику межзвездной среды может оказаться очень большим (грубо говоря, в них может быть сосредоточена половина энергии межзвездной среды).

(В.С. Имшенник)