Результат взрыва сверхновой звезды: в созвездии Большой Медведицы заметили ультрафиолетовую дугу

12 апреля 2020 | 00:00

В созвездии Большой Медведицы обнаружена узкая, но протяженная область ультрафиолетового излучения. Она простирается на тридцать градусов — это примерно как протяженность астеризма Большой Ковш от конца «ручки» до внешнего края «ковша». Необычная дуга, возможно, образовалась в результате ударного события в межзвездной среде в окрестностях Солнечной системы.

Об этом пишет группа астрономов в препринте на arXiv.org.

Пространство между звездами в галактике, которое принято называть межзвездной средой, заполнено газом и пылью, однако плотность этой среды крайне низка. В последнее время интерес исследователей привлекают линейные структуры в межзвездной среде, которые выявляются при наблюдениях в различных диапазонах — на частоте радиолинии нейтрального водорода, излучении пыли, низкочастотного поляризованного радиоизлучения. Считается, что изучение этих структур может повлиять на наши представления об окрестностях Солнечной системы и о галактике в целом.

В 2001 году американские астрономы Питер МакКалаф (Peter McCullough) и Роберт Бенджамин (Robert Benjamin) сообщили об открытии в созвездии Большой Медведицы необычно прямой и тонкой ионизированной структуры, видимой в Н-альфа и похожей на нить. Это мог быть, по их предположениям, джет низкой плотности, нить туманности, след ионизации, оставленный компактным источником (например, нейтронной звездой), либо след ионизованного газа, оставленный источником низкой светимости. Астрономы склонялись к последнему варианту — так называемому реликтовому следу Стрёмгрена — несмотря на то, что никакого логично объясняющего след тела так и не было найдено.

В новой работе группа астрономов из Франции, Нидерландов и США под руководством Андреа Бракко (Andrea Bracco) из хорватского Института Руджера Бошковича исследовала открытую в начале XXI века структуру в различных длинах волн и обнаружила, что она также видна в дальнем ультрафиолете (длина волны 130-180 нанометров) и ближнем ультрафиолете (170-280 нанометров) на изображениях, полученных космическим телескопом GALEX (Galaxy Evolution Explorer). Эти изображения охватывают значительно большую область неба, чем снимки, сделанные МакКалафом и Бенджамином в Н-альфа. На них отчетливо видно, что линия, которую обнаружили американские ученые в 2001 году, является фрагментом намного большей структуры, напоминающей дугу, и она при этом состоит из множественных небольших арок.

Если бы гипотеза, которую предложили МакКалаф и Бенджамин, оказалась верной, их нить была бы прямой. Но группа Бракко обнаружила, что арки не выстраиваются в единую прямую. Вдобавок, поиск изображений ближайших белых карликов и горячих субкарликов в дальнем ультрафиолете в сопоставлении с данными об их параллаксах и движении, полученными космическим аппаратом Gaia, не дал результатов, которые бы соответствовали обнаруженной в 2001 году нити. Так что гипотезу о реликтовом следе Стрёмгрена пришлось отбросить.

Астрономы обнаружили, что большинство маленьких арок лежат вдоль примерно одной шестой окружности с угловым радиусом примерно 29 градусов. Этот круг площадью 2681 квадратный градус составляет 6,5 процентов от площади всего неба. Область внутри круга Большой Медведицы хороша известна как регион с наименьшей плотностью нейтрального водорода по лучу зрения, включающий в себя знаменитую Дыру Локмана, которая находится вблизи астеризма Большой Ковш. Эта область кажется привлекательной для межгалактических исследований, однако необходимо тщательно изучить свойства среды в ней, чтобы не приписать межгалактическим объектам свойства, которые на самом деле обусловлены особенностями межзвездной среды в этом регионе.

Бракко и коллеги полагают, что дуга Большой Медведицы сформировалась в результате взрыва сверхновой звезды, который произошел, предположительно, в нескольких сотнях парсеков от Солнечной системы. Тот факт, что мы наблюдаем линии ионов, а не нейтральных атомов, указывает на горячий газ с температурой более 10000 кельвин, который характерен для зон ударных событий в межзвездной среде. Также рекомбинация газа, испытавшего ударную волну, приводит к двухфотонной эмиссии в ультрафиолетовом диапазоне. Радиальные ударные волны, скорее всего, являются основным механизмом рассеяния кинетической энергии волн, которые возникают в результате взрыва сверхновой звезды.

Для проверки этой идеи были проведены исследования изображений в дальнем ультрафиолете четырех круговых образований диаметром более 10 градусов. Все выбранные для сравнения объекты содержали тонкие структуры, напоминающие арки в дуге Большой Медведицы, но значительно меньшего размера. Тонкость и разорванность дуги на отдельные арки вызваны, по-видимому, тем, что мы смотрим на край не идеальной, а слегка «измятой» сферы, подобно картине, которая наблюдается в остатке взрыва сверхновой Петля Лебедя. Дальнейшие исследования открытой астрономами дуги помогут лучше понять ее физические параметры, а также более точно измерить расстояние до нее.

Изучение сверхновых звезд — очень перспективное направление в современной астрофизике. Мы рассказывали, как ученые сделали томографию молодых сверхновых в Большом Магеллановом облаке, и как сравнительно «свежий» пепел сверхновой звезды обнаружили в Антарктиде. А здесь можно посмотреть трехмерную визуализацию взрыва таких звезд.

Ранее сообщалось, что ученые из Австралийского национального университета обнаружили в свежевыпавшем снегу в Антарктиде редкий изотоп железо-60, причем анализ, который провели исследователи, показал межзвездное происхождение вещества, которое могло появиться в результате взрыва сверхновой.