Астронет: С. Б. Попов/ГАИШ Тайна колец сверхновой http://variable-stars.ru/db/msg/1221163

Совсем недавно исполнилось 20 лет с момента обнаружения вспышки сверхновой в Большом Магеллановом облаке. Конечно, сама вспышка произошла примерно 160-170 тысяч лет назад, столько нужно времени, чтобы свет преодолел расстояние, разделяющее нас и карликовый спутник нашей Галактики, но мы, скорее по привычке, будет говорить о "вспышке 1987 года".

Это была первая сверхновая со времен Кеплера (1604 г.), видимая невооруженным глазом. Наблюдения позволили получить массу информации о сверхновой, что дало возможность существенно продвинуться в понимании физики взрывов звезд. Благодаря близости Большого Магелланова облака впервые удалось обнаружить на архивных снимках предсверхновую, т.е. взорвавшуюся звезду. Кроме того, в 1987 году работали нейтринные детекторы, поэтому впервые ученые смогли зарегистрировать нейтринный сигнал от взрыва. Но это еще не все. Все эти 20 лет, прошедшие с момента взрыва (еще раз подчеркну условность этой фразы), ученые следят за эволюцией остатка сверхновой. Всем известны красивейшие изображения этого объекта. Особенно поражает система колец (к тому же совершенно случайно на остаток спроецировались две звездочки, превратившие два кольца в перстни с бриллиантами). Как же эти кольца образовались?

Кольца не были выброшены при взрыве сверхновой. Расстояние внешних колец от места взрыва составляет более светового года, соответственно, они не могли "долететь" туда с разумной скоростью (тем более, что кинематика колец известна). Значит, они существовали и до вспышки. Просто взрыв "подсветил" их. В модели, которую мы будем обсуждать, более мощное излучение соответствует большей плотности газа. Появление этих уплотнений авторы модели связывают с тем, что предсверхновая появилась как результат слияния двух звезд. Результаты моделирования приведены на основном рисунке.

Необычные свойства самой сверхновой (химические аномалии) вкупе с данными по звезде-прародительнице давно наводили ученых на мысль о том, что голубой сверхгигант Sk -69^o202 был результатом слияния двух массивных звезд. Но доказать это очень непросто. Возможно, что успешное объяснение свойств колец станет решающим пунктом.

В течение своей жизни звезды эффективно теряют вещество. Всех известны красивейшие планетарные туманности, имеющие порой весьма причудливую форму. Все эти чудеса природы образуются из-за истечений звездного вещества, которые могут происходить в несколько этапов, причем потоки могут быть сферически несимметричными. Не являются исключением и герои нашего рассказа - кольца СН1987А.

И внутреннее, и оба внешних кольца связаны с истечением вещества от предсверхновой. За прошедшие 20 лет появлялось множество моделей, призванных объяснить происхождение колец. Однако они не учитывали особенности распределения вещества вокруг звезды перед взрывом, связанные со слиянием. Вероятно поэтому ни одна модель не могла объяснить весь набор наблюдаемых параметров. Посмотрим, что предлагают Моррис и Подсядловский.

Рассмотрим двойную систему, состоящую из двух звезд с массами примерно 15 и 5 солнечных. Более массивная звезда эволюционирует быстрее. Водород в ядре выгорает, и она уходит с главной последовательности. Затем звезда расширяется, и начинается перенос вещества с одного компонента на другой (см. рисунок 3, панель a). Перенос масс в такой системе неустойчив, т.е. вторая звезда не может "усвоить" все падающее на нее вещество, поскольку темп переноса слишком велик. Поэтому формируется т.н. "общая оболочка". Т.е. двойная система оказывается погруженной в облако газа. В такой ситуации компоненты двойной начинают сближаться (рис. 3, панель b), т.к. угловой момент уносится из системы вместе с веществом оболочки. Т.о., часть вещества общей оболочки выбрасывается (рис. 3, панель c). Наконец, звезды сливаются.

Сразу после слияния должно образоваться нечто "большое и рыхлое". Этим "нечто" оказывается красный сверхгигант. Это звезда с относительно холодными (а потому красными) внешними слоями и гигантским радиусом, которые составляет около 1500 солнечных. Основная масса звезды (12 из 20 солнечных масс) сосредоточена в гигантской разреженной оболочке. После слияния образовавшаяся звезда быстро вращается (конечно, быстро лишь для своего гигантского размера). Поэтому форма ее не сферическая. Часть вещества оттекает, унося избыточный угловой момент. Звезда меняет свой облик. Она сжимается, и через 1000 лет после слияния возникает голубой гигант. Голубой цвет связан с высокой температурой во внешних слоях. Он гораздо компактнее и легче, чем красный сверхгигант. Ведь несколько солнечных масс может быть потеряно звездой за счет оттекающего вещества.

В процессе слияния и сброса части общей оболочки, т.е. еще до появления голубого гиганта, уже образовались "зародыши" внешних колец. "Зародыш" внутреннего кольца появился из-за того, что при переходе от красного гиганта к голубому имело место экваториальное истечение вещества.

Голубой гигант начинает испускать мощный звездный ветер. Вещество ветра сталкивается с веществом сброшенной оболочки (рис. 3 панель d). Области высокой плотности выносятся ветром голубого гиганта на большее расстояние. Так образуются внешние кольца. Внутреннее кольцо приобретает свой окончательный облик благодаря взаимодействию ветра голубого гиганта с веществом вытекшим ранее в экваториальной плоскости.

На рисунке 4 показано распределение вещества через 20 000 лет после слияния (это соответствует моменту взрыва). Черными точками показано вещество ветра, цветом - вещество туманности. На рисунке изображена только половина системы, вторая симметрична ей. Чтобы представить всю систему зеркально отразите рисунок относительно оси Z. Звезда находится в точке (0,0). Все готово к взрыву.

Теперь, чтобы получить изображение на рисунке 1, необходимо "подсветить" полученную структуру взрывом сверхновой и выбрать правильный ракурс. Ведь, хотя уплотнения вокруг предсверхновой существовали и до взрыва, увидеть с Земли их было невозможно. Вспышка сверхновой за счет мощного ультрафиолетового излучения приводит к ионизации вещества. Именно это и приводит к возникновению ярких колец.

Особенно интересно посмотреть на всю эту картину возникновения колец в движении. Сделать это можно здесь и здесь. Один из фильмов (merger.mpg или S1, в зависимости от того, с какого сайта вы скачиваете) показывает, как в результате слияния происходит формирование структуры вокруг звезды. Второй фильм (wind.mpg или S2). Демонстрирует, как ветер голубого гиганта врезается в сформированную структуру. Действие первого фильма происходит на масштабе всего лишь 12 лет. Второй фильм рассказывает об истории продолжительностью в 20 тысяч лет.

Сравнение рисунка 1 с фотографией системы колец (рисунок 2) говорит о том, что авторы справились со своей задачей. Кроме объяснения внешнего вида всей системы им удалось также описать кинематические свойства колец. Т.о., есть серьезные аргументы в пользу того, что рассмотренная модель верна. Т.е. сверхновая 1987А обязана своим удивительным свойствам слиянию двух звезд.

С изменениями опубликовано на сайте Элементы.Ру

---