Первые убедительные доказательства образования нейтронной звезды после взрыва сверхновой

Сверхновые — это одни из самых потрясающих и важных явлений во вселенной. Они не только поражают нас своей красотой и мощью, но и являются источниками элементов, из которых состоит все живое. Когда массивная звезда исчерпывает свой запас топлива, она рушится под собственным весом и взрывается, выбрасывая в космос свои внутренние слои. В результате этого взрыва может образоваться компактный объект — черная дыра или нейтронная звезда.

Нейтронные звезды — это удивительные астрономические объекты, которые имеют огромную плотность, сильное магнитное поле и быстрый период вращения. Они состоят из нейтронов — частиц, которые образуются при слиянии протонов и электронов в ядре коллапсирующей звезды. Нейтронные звезды имеют массу, сравнимую с массой солнца, но при этом имеют размеры всего около 10-20 километров в диаметре. Это значит, что одна чайная ложка материи нейтронной звезды весит миллиарды тонн!

Нейтронные звезды могут быть разных типов, в зависимости от их свойств. Например, пульсары — это нейтронные звезды, которые излучают регулярные импульсы радиоволн, видимого света, рентгеновского или гамма-излучения. Это происходит из-за того, что ось вращения и ось магнитного поля не совпадают, и поэтому лучи излучения «сканируют» пространство, как маяк. Магнитары — это нейтронные звезды с экстремально сильным магнитным полем, которое может вызывать вспышки гамма-лучей и рентгеновского излучения. Кварковые звезды — это гипотетические нейтронные звезды, в которых нейтроны разрушаются на более мелкие частицы — кварки.

Нейтронные звезды представляют большой интерес для астрономов, так как они позволяют изучать физику экстремальных условий, которые недоступны в лаборатории. Однако наблюдать нейтронные звезды не так просто, так как они часто заслонены пылью и газом, образовавшимся после взрыва сверхновой. Кроме того, некоторые нейтронные звезды могут быть слишком холодными или давать слишком слабое излучение, чтобы быть замеченными нашими телескопами.

Одна из таких нейтронных звезд находится в центре Сверхновой 1987А — самой изученной и лучше всего наблюдаемой сверхновой в истории. Эта сверхновая произошла в Большом Магеллановом Облаке — соседней карликовой галактике, расположенной на расстоянии 160 000 световых лет от нас. Она была обнаружена 23 февраля 1987 года и стала первой сверхновой, видимой невооруженным глазом за последние 400 лет. Это было уникальное событие, которое привлекло внимание ученых и любителей астрономии со всего мира.

Сверхновая 1987А была также первой сверхновой, для которой были обнаружены нейтрино — крайне маленькие и слабо взаимодействующие частицы, которые были образованы в ядре коллапсирующей звезды. Нейтрино были зарегистрированы на Земле за день до того, как сверхновая стала видна в оптическом диапазоне. Это было важное открытие, которое подтвердило теоретические предсказания о том, что в результате взрыва сверхновой должна была образоваться нейтронная звезда. Однако, несмотря на это, никто не мог увидеть нейтронную звезду в центре Сверхновой 1987А, так как она была скрыта пылью, образовавшейся после взрыва. Это была главная нерешенная загадка для этого объекта, которая длилась более 30 лет.

Все изменилось в 2021 году, когда в космос был запущен новый космический телескоп Джеймса Уэбба (JWST) — самый мощный и современный телескоп, когда-либо созданный человечеством. Этот телескоп способен наблюдать за космическими объектами в инфракрасном диапазоне, который проникает сквозь пыль и газ, заслоняющие видимый свет. С помощью двух инструментов на борту JWST — MIRI и NIRSpec — международная группа астрономов, в которую входил профессор Майк Барлоу из Университетского колледжа Лондона (UCL), смогла впервые проникнуть в центр Сверхновой 1987А и обнаружить там долгожданный компактный объект.

Исследователи обнаружили свидетельства тяжелых атомов аргона и серы, у которых были сорваны внешние электроны, то есть атомы были ионизированы. Эти атомы находились близко к месту, где произошел взрыв звезды, и могли быть ионизированы только ультрафиолетовым и рентгеновским излучением от горячей остывающей нейтронной звезды.

Это излучение могло быть испущено как с поверхности нейтронной звезды, имеющей температуру около миллиона градусов, так и от пульсарной ветреной туманности, которая могла образоваться, если нейтронная звезда быстро вращается и создает сильное магнитное поле.

Исследователи смоделировали различные сценарии и обнаружили, что оба варианта хорошо согласуются с наблюдаемым спектром излучения, но различить их по данным сложно. Для этого потребуются дальнейшие наблюдения с помощью JWST и других телескопов в разных диапазонах волн. В любом случае, эти новые наблюдения предоставляют убедительные доказательства наличия компактного объекта, скорее всего нейтронной звезды, в центре Сверхновой 1987А.

Это открытие является важным шагом в понимании процессов, происходящих во время и после взрыва сверхновой. Оно также дает нам уникальную возможность изучать нейтронную звезду, которая образовалась недавно и находится близко к нам. Эта нейтронная звезда может рассказать нам многое о свойствах экстремальной материи, о происхождении химических элементов, о механизмах генерации магнитных полей и излучения, а также о судьбе массивных звезд.