Утроба надновий

Вибухи наднових залишають після себе газопилові туманності фантастичної краси - всі пам'ятають їхні фотографії, зроблені «Хабблом» та іншими телескопами. А хотіли б ви дістатися до наднових, щоб зазирнути всередину і побачити, як відбувається вибух? Запрошуємо вас у цю невелику подорож: методи тривимірної візуалізації дозволили астрономам відтворити ці об'єкти у віртуальному просторі. Отже, в дорогу.

Астрономи вигадують все нові способи вивчати космічні об'єкти. Зокрема, щоб подолати «однобокість» астрономічних спостережень, через яку всі джерела випромінювання видно тільки в почесній проекції на площину неба, і були розроблені методи тривимірної візуалізації.

Вони базуються на тому, що докладний аналіз отриманих даних часто дозволяє відновити геометрію, швидкість та інші параметри випромінювального тіла.

Особливий інтерес такі моделі представляють для найбільш екстремальних об'єктів, в яких спостерігаються різкі зміни фізичних характеристик в просторі і часі. Часто такі джерела найкраще видно в короткохвильовій частині спектра, наприклад в рентгенівських променях.

Вчені використовують подібні моделі для кращого розуміння процесів, але ними можна помилуватися і суто з естетичної точки зору. Нижче представлені шість тривимірних візуалізацій, зроблених за даними космічної обсерваторії Chandra та інших подібних інструментів.

Chandra була запущена в 1999 році і стала третьою в серії «Великих обсерваторій» NASA, створених на рубежі століть. Вона працює з довжинами хвиль від 0,12 до 12 нанометрів (енергії фотонів від 0,1 до 10 кілоелектронвольт) і володіє рекордною для рентгенівського діапазону кутовою роздільною здатністю в 0,5 секунд дуги.

Незважаючи на солідний для космічного апарату вік, Chandra продовжує працювати і видобувати нові дані для вчених.

Дані візуалізації були створені астрофізиком Сальваторе Орландо (Salvatore Orlando) з італійського Національного астрофізичного інституту.

Сальваторе спеціалізується на ресурсомістких численних моделях в контексті астрофізики, що дозволяють вирішувати завдання, пов'язані з магнітогідродинамікою плазми сонячної корони та інших світил, протозірками, новими і надновими, а також виникненням космічних променів.

DG Тільця

DG Тельца належить до класичних зірок типу T Тельца - молодих об'єктів не старше декількох мільйонів років.

Вона розташована на відстані 140 парсек від Землі в області зореутворення в сузір'ї Тельца - там же, де і зірка-прототип всього даного класу змінних. Джети цього джерела спостерігаються до відстані в тисячі астрономічних одиниць.

Згідно з сучасними уявленнями, це змінне джерело є ще не цілком сформованою протозіркою, на яку активно осідає матерія, що кружляє навколо неї у вигляді диска.

Jets of gas from an infant star by Salvatore Orlando on Sketchfab

Взаємодія падаючої речовини і обертового центрального тіла призводить до формування вузьких струменів речовини - джетів, що вистрілюють з магнітних полюсів світила, що зароджується. Всередині цих швидких потоків виникають ударні хвилі, які і світять у жорсткому діапазоні електромагнітного спектру.

Касіопея A

Масивні зірки закінчують основний етап свого існування у вигляді спалаху наднової, після якого залишається компактний центральний об'єкт (нейтронна зірка або чорна діра), а оболонка, що розширюється, формує залишок надновий.

На коротких радіохвилях Кассіопея A є найяскравішим об'єктом нічного неба. Вона знаходиться на відстані 3,4 кілопарсека в площині Чумацького Шляху, і з Землі видно всередині астеризму з п'яти зірок у формі букви W, за яким сузір'я Кассіопеї легко знайти на літньому небі Північної півкулі.

Вважається, що світло від спалаху цього наднового досягло нас приблизно 300 років тому, але в записах сучасників не вдається знайти відповідних спостережень.

Supernova Remnant Cassiopeia A by Salvatore Orlando on Sketchfab

Оскільки вибух не відбувається абсолютно симетрично, то і оболонки, що формують залишок, виявляються змінною товщини.

Рентгенівські вимірювання швидкостей іонів заліза, кремнію і сірки дозволили астрофізикам зв'язати спостережувану асиметрію даного залишку наднової з згустками, що сформувалися незабаром після катастрофічної події.

U Скорпіона

Астрономи виділяють клас об'єктів, що називаються новими, здатних ставати в десятки або сотні разів яскравіше, а потім поступово згасати до вихідних значень. Сьогодні ми знаємо, що такі джерела не мають ніякого відношення до народження нових світил, хоча вчені продовжують користуватися історичною назвою.

Нові - це подвійні системи з білого карлика і звичайної зірки, причому речовина останньої поступово перетікає і накопичується на поверхні більш щільного карлика. Після досягнення критичної щільності матерія на поверхні такої зірки вибухає, що призводить до різкого стрибка світності.

Повторні нові досить рідкісні - U Скорпіона є всього одним з 10 подібних об'єктів в нашій Галактиці. У спокійному стані її зоряна величина становить 18, а під час спалаху досягає 8.

The nova outburst of U Scorpii observed in 2010 by Salvatore Orlando on Sketchfab

Нова U Скорпіона відноситься до повторних - вона спалахує приблизно кожні десять років. Представлена модель відтворює розподіл речовини через 18 годин після спалаху 2010 року.

Ця нова - найбільш детально вивчена, оскільки до її спалаху в 2010 році астрономи підготувалися заздалегідь. Наступний сплеск активності передбачається протягом двох років.

Наднова 1006

На цій візуалізації представлений залишок наднової, чиє світло досягло Землі в 1006 році.

SN 1006 спалахнула в сузір'ї Вовк, яку краще видно з Південної півкулі Землі. Через таке становище її поява залишилася практично непоміченою для жителів Європи, але існує безліч документальних свідчень спостережень об'єкта на території Китаю, Японії, Межиріччя та Єгипту. Існує також гіпотеза, що її відобразили на каменях індіанці Північної Америки.

Рясні пошуки точкових об'єктів в області центру вибуху успіхом не увінчалися, з чого астрономи роблять висновок, що швидше за все цю наднову породило злиття двох білих карликів.

Подібні моделі дозволяють вченим краще зрозуміти формування неоднорідностей у оболонці, що розширюється. Точне визначення параметрів залишку, у свою чергу, дозволяє оцінити ефективність прискорення частинок космічних променів, що багаторазово відбиваються від ударних хвиль.

The remnant of a star exploded as supernova by Salvatore Orlando on Sketchfab

У даному випадку в рентгені світиться вся оболонка, так як модель описує перші секунди після вибуху, коли температура речовини вимірюється мільйонами градусів.

Наднова 1987A

У максимумі блиску наднова 1987A досягла яскравості третьою зіркою величини, тобто була впевнено видна неозброєним оком, незважаючи на розташування поза Чумацького Шляху на відстані в 51,7 кілопарсека. Вважається, що її попередницею була зірка в 17 разів масивніша за Сонце.

1987A має особливе значення для астрономів: це єдина відносно близька наднова, яка була доступна для спостережень в епоху великих телескопів і високоточних приймачів випромінювання.

The remnant of the supernova 1987A by Salvatore Orlando on Sketchfab

Вона спалахнула 1987 року у Великій Магеллановій Хмарі, тобто була видна тільки з Південної півкулі Землі. Близька відстань до нас дозволяє детальніше вивчити цей залишок, завдяки чому можна буде побудувати ще більш точні моделі вибухів зірок і фінальних стадій їх еволюції.

Протягом багатьох років вона була єдиним ототожненим позасолнечным джерелом нейтрино. Активне вивчення об'єкта триває й донині.

Наднова Тихо

Це джерело відноситься до наднових типу Ia, пов'язаних з термоядерною детонацією вуглецю в білому карлику і подальшим повним знищенням зірки.

Спостерігачі на Землі зафіксували світло цього спалаху в листопаді 1572 року. Вона отримала свою широко відому назву на честь видатного данського астронома XVI століття Тихо Браге, який спостерігав цей об'єкт і детально описав його властивості.

Положення наднової Тихо в сузір'ї Кассіопеї забезпечило їй пильну увагу з боку безлічі спостерігачів по всій Європі. Більш того, вона була однією з восьми, що спалахнули за час існування людської цивілізації наднових, видимих неозброєним оком.

На піку світності вона була в кілька разів яскравіше Сіріуса, так що її важко було не помітити. Сьогодні її залишок спостерігається в багатьох діапазонах, а її точний тип вдалося встановити завдяки спостереженню світлового еха, тобто відбитого від навколишнього міжзоряного пилу сигналу, що досяг Землі з затримкою понад 400 років.

The dramatic explosion of a type Ia supernova by Salvatore Orlando on Sketchfab

Дана візуалізація реконструює залишок наднової через тисячу після вибуху, - тобто в тому вигляді, в якому її можна буде спостерігати з Землі в 2572 році. Для кращої видимості чверть оболонки зроблена прозорою.