Около 20 лет назад в нашей галактике впервые была обнаружена одна из так называемых «убегающих» звёзд, скорость которых превышает галактическое притяжение. Это заставит такие звёзды рано или поздно покинуть галактику. Впоследствии астрономы обнаружили ещё несколько таких звёзд и продолжают находить новые. Среди четырёх новых открытий найдены два рекордсмена и один абсолютный чемпион, который движется на скорости в четыре раз выше галактической.

Источник изображения: Pixabay

Сегодня доминирует теория, что убегающие звёзды возникают после термоядерного взрыва белого карлика — это класс сверхновых Ia. Обычные сверхновые возникают после коллапса более массивных звёзд на закате их эволюции, тогда как сверхновые типа Ia появляются после накопления белым карликом критической массы.

Эту массу белый карлик ворует у звезды-партнёра по двойной системе. Если это лёгкий водород, то термоядерный взрыв происходит как обычно, но если вторая звезда по системе такой же белый карлик, то от него можно получить в основном более тяжёлый гелий и тогда происходит двойной термоядерный взрыв. Сначала термоядерная реакция возникает в оболочке, а затем происходит вторичная детонация ядра звезды. Это процесс называется Dynamically Driven Double-Degenerate Double-Detonation или D⁶.

«Убегающие» звёзды, как считается, появляются в результате двойной детонации белых карликов. Двойной термоядерный взрыв придаёт второй звезде в паре достаточное ускорение, чтобы та в итоге вышла за пределы галактики. Предполагалось, что в нашей галактике Млечный путь около 1000 таких звёзд. Часть из них могли приблудиться из других галактик, благо их скорости это позволяют. Но точно определить количество летящих в межзвёздном пространстве блуждающих звёзд было сложно.

Свежие данные европейского астрометрического спутника «Гайя» (Gaia) позволили обнаружить четыре новых гиперскоростных звезды, две из которых оказались рекордсменами. Это J1235, движущаяся на относительной скорости 1694 км/с, и J0927 — летящая относительно Солнца на огромной скорости 2285 км/с.

Новое открытие с учётом ранее обнаруженных звёзд-беглецов в количестве 10 штук, позволило уточнить модель появления таких объектов и ещё прочнее связать их со сверхновыми типа Ia, что, в свою очередь, позволило по-новому рассчитать скорость рождения таких звезд. Скорость их появления оказалась хорошо согласованной со скоростью рождения сверхновых типа Ia. Поскольку сверхновые этого типа хорошо видны в телескопы и, более того, они являются «стандартными маяками» для определения расстояний в галактике, можно рассчитать, сколько всего в нашей галактике носится звёзд с безумной скоростью.

Расчёты показывают, что таких звёзд может быть миллионы, просто значительная часть из них — это слабосветящиеся объекты, и они пока не обнаружены. На этом фоне возникают опасения, что одна из таких пока необнаруженных звёзд может внезапно оказаться на пути Солнечной системы с весьма неприятными последствиями для Земли и нас с вами.

«Если значительная часть сверхновых типа Ia порождает звезду D⁶, то галактика [Млечный Путь], вероятно, запустила в межгалактическое пространство более 10 млн таких звезд, — пишут исследователи. — Интересным следствием этого является то, что должно существовать большое количество слабых, близких [к нам] звезд D⁶, запущенных из галактик по всему объёму пространства включая тот, в который входит Солнечная система».

Исследование было представлено в журнале Open Journal of Astrophysics и доступно на сайте arXiv.

Красный сверхгигант Бетельгейзе продолжает лихорадить после произошедшего в 2019 году титанического выброса коронарной массы в 400 млрд раз больше обычного выброса на нашем Солнце. После отмеченного четыре года назад Великого Потускнения в виде снижения светимости на 25–35 %, сегодня наблюдается резкий рост блеска. В апреле звезда достигла пика светимости в 156 % от первоначального. Неужели мы на пороге взрыва гигантской сверхновой всего в 700 световых годах от Земли?

Масштабы звезды в нашей системе: фотосфера Бетельгейзе распространялась бы до орбиты Юпитера. Источник изображения: ESO

Бетельгейзе периодически меняет яркость уже очень долгое время. Описательные наблюдения за этим процессом ведутся свыше 200 лет. Астрономы отмечают два явных цикла в этом процессе — это цикл в 5,9 лет и 400-суточный цикл. О более длинном цикле говорить преждевременно, зато более короткий, похоже, сократился ещё вдвое — до примерно 200 суток, о чём говорится в новой статье Scientific American.

Бетельгейзе — самый крупный красный гигант из всех известных нам звёзд этого типа — обычно являлся 10-ой по яркости звездой на небе. Но после Великого Потускнения четыре года назад яркость звезды начала меняться с иным периодом и понемногу наращивала её. В этом году Бетельгейзе стала 7-й по яркости звездой — яркость увеличилась до 156 % от первоначальной. Впрочем, это было в апреле. На момент написания статьи яркость снизилась до 142 % от «нормальной».

Звезду продолжает лихорадить после Великого Потускнения, успокаивают астрономы. Тогда звезда выбросила невероятную по объёму массу своего вещества, что, во-первых, привело к значительному изменению её верхнего слоя и, во-вторых, дало возможность веществу остыть в пространстве и превратиться в пылевое облако, закрывшего звезду от наших взоров. Однако объём выброшенной массы оказался настолько большим, что внутри звезды начались сильные процессы конвекции. Она буквально кипит, как котёл с варевом. И именно это перемешивание вещества привело к временному повышению блеска.

По мнению авторов статьи, мы вряд ли находимся на пороге превращения Бетельгейзе в сверхновую. Яркость красного гиганта, скорее всего, придёт в норму к концу текущего десятилетия. При этом более короткий цикл изменения её яркости сократился примерно вдвое: с 400 суток до около 200. А превращения Бетельгейзе в сверхновую можно ждать ещё десятки и даже сотни тысяч лет. Для звезды это уже приговор, хотя для человека это вечность.

Используя данные рентгеновской обсерватории NASA «Чандра» (Chandra) и других телескопов учёные обнаружили неизвестную ранее угрозу для жизни на планетах земного типа. На определённой фазе процесса образования сверхновых исходящее от области взрыва рентгеновское излучение способно уничтожить биологическую жизнь на планетах в радиусе до 100 световых лет и больше. Раньше это явление не принималось во внимание. Но теперь к нему надо отнестись со всей серьёзностью.

Воздействие сверхновой и гибель жизни на планете земного типа в представлении художника. Источник изображения: NASA

Традиционно опасными для всего живого периодами в явлении сверхновых считались гамма-излучение в первые дни и месяцы после взрыва, а также поток высокоэнергичных частиц, приходящий через сотни и тысячи лет.

Новые наблюдения показали, что в процессе взрыва сверхновой возникает ещё одна угроза — поток рентгеновского излучения, который возникает в результате удара взрывной волны сверхновой звезды о плотный газ, окружающий взорвавшуюся звезду. Генерируемый процессом поток излучения может достичь обитаемой планеты в течение месяцев или лет и будет длиться десятилетиями, что приведёт к вымиранию биологической жизни на планетах земного типа.

Полученные данные проверены при наблюдении 31 сверхновой и последствий их взрывов. Наблюдения проводились в основном с помощью рентгеновской обсерватории NASA Chandra, и миссий Swift и NuSTAR, а также XMM-Newton Европейского космического агентства. Из данных следует, что планеты могут подвергнуться смертельным дозам радиации, находясь на расстоянии около 160 световых лет. На составном изображении ниже показаны четыре сверхновые в исследовании (SN 1979C, SN 1987A, SN 2010jl и SN 1994I).

Источник изображения: NASA/CXC/Univ. of Illinois/I. Brunton et al.

Среди представленных в наборе изображений четырёх сверхновых объект SN 2010jl произвёл наибольшее количество рентгеновского излучения. По оценкам авторов, эта сверхновая обеспечила смертельную дозу рентгеновского излучения для планет земного типа, находящихся на расстоянии менее 100 световых лет от неё.

Длительный поток рентгеновского излучения может серьёзно изменить химический состав атмосферы планеты. В частности, для похожей на Землю планеты этот процесс может привести к уничтожению значительной части озона, который защищает жизнь от опасного ультрафиолетового излучения звезды-хозяина. Это также может привести к гибели широкого спектра организмов, особенно морских, находящихся в основании пищевой цепи, что приведет к вымиранию.

В изменённом составе атмосферы начнёт преобладать диоксид азота, что проявит себя в виде образования коричневой дымки в воздухе. Растения на суше начнут погибать, и процесс рискует стать необратимым (это явление проиллюстрировано на заглавном изображении).

На Земле найдены изотопы, образование которых учёные объясняют избыточным гамма-излучением — это явный признак работы сверхновых. Тем самым последствия от взрывов могли сказаться на Земле в период от 2 до 8 млн лет назад. Оценки дают данные, что эти сверхновые находились на расстоянии от 65 до 500 световых лет от Земли.

В настоящее время Земля и Солнечная система находятся в безопасном пространстве с точки зрения потенциальных взрывов сверхновых, но масса других планет в Млечном Пути таковыми не являются. Поэтому такие высокоэнергетические события рискуют значительно сократить области в нашей галактике, известные как Галактическая зона обитаемости, где потенциально может существовать биологическая жизнь.

Авторы настоятельно рекомендуют проводить последующие наблюдения за взаимодействующими сверхновыми в течение месяцев и лет после взрыва, что позволит нам полнее оценить их опасность и степень влияния на близлежащие миры. Не стоит искать жизнь в радиационной пустыне, лишних ресурсов на это попросту нет.

Среди целого ряда целей для изучения в списке космической обсерватории «Джеймс Уэбб» (James Webb) значатся остатки сверхновых. Всё, что мы видим вокруг и из чего состоим сами, — всё рождено в звёздах. Каждый атом нашего тела когда-то был рождён звездой, и некоторые атомы были выброшены во Вселенную во взрывах сверхновых. В этих процессах остаётся много неизвестного земной науке, и «Джеймс Уэбб» стал инструментом для их познания.

Нажмите, чтобы увеличить. Источник изображения: NASA, ESA, CSA, D. D. Milisavljevic (Purdue)

Сверхновая в созвездии Кассиопея вспыхнула 340 лет назад. Это самые молодые остатки события такого рода в нашей галактике. Размеры остатков Cas A простираются на 10 световых лет и удалены от нас на 11 тыс. световых лет. Поскольку событие случилось сравнительно недавно, рассмотрение объекта — отличный способ узнать о характере, направлении и интенсивности разлёта остатков. Сверхчувствительные инфракрасные приборы «Уэбба» позволяют в деталях рассмотреть структуру газа и пыли после события и воссоздать историю звезды даже до момента её взрыва.

Остатки Кассиопея А ранее широко изучались рядом наземных и космических обсерваторий, включая рентгеновскую обсерваторию NASA «Чандра». Эти данные, полученные на разных длинах волн, были объединены с данными «Уэбба» для воссоздания детальной картины происшествия. Добавим, все изображения с «Уэбба» получены в невидимом для человеческого глаза диапазоне, и поэтому для общего использования и эстетики они специально раскрашиваются. По мере повышения частоты электромагнитного излучения объекта ему присваивают цвета от красного до синего.

На полученном «Уэббом» снимке Cas A сверху и слева по границам картинки мы видим завесы из материала оранжевого и красного цвета, рождённые излучением тёплой пыли. В этих областях выброшенное звездой вещество сталкивается с окружающим околозвездным газом и пылью. Ярко светящееся вещество звезды в виде пестрых нитей ярко-розового цвета лежит чуть глубже остывающей пыли и выделяется благодаря свечению смеси различных тяжелых элементов, таких как кислород, аргон и неон и других.

Во внутреннем пространстве объекта выделяется петля зелёного цвета, проходящая от центра к правому краю. В ней много пузырьков, природу которых учёные пока объяснить не могут, но отчаянно пытаются. Детальный разбор этого изображения — шанс приблизиться к пониманию происхождения космической пыли в межзвёздном пространстве. Её неожиданно много даже в молодых галактиках. Сверхновые — это один из предполагаемых источников космической пыли во Вселенной, но до конца этот вопрос так и не решён. Наблюдение за Cas A с помощью «Уэбба» позволит пролить толику света на эту загадку.

«Понимая процесс взрыва звёзд, мы читаем свою собственную историю происхождения», — говорят астрономы.

С 2018 года появился новый подкласс сверхновых — «коровы» (cow). Объект был открыт орбитальным рентгеновским телескопом NuSTAR и получил порядковый номер AT2018cow. Так случайно совпало, что на момент его открытия пришлась очередь вполне человеческой аббревиатуры cow, а сам объект оказался настолько уникальным, что все последующие открытия таких же сверхновых стали называть «коровами». И первая «корова» смогла удивить ещё раз!

Взрыв сверхновой AT2018cow в представлении художника. Источник изображения: Phil Drury/University of Sheffield)

Группа астрофизиков из Университета Шеффилда в Великобритании изучила данные по сверхновой AT2018cow, полученные в разных диапазонах длин волн с упором на оценку их поляризации. Работа опубликована в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. Оказалось, что взрыв и разброс вещества звезды в процессе рождения сверхновой AT2018cow был не сферическим, как утверждает общепринятая теория эволюции звёзд, а плоским.

Это оказалось настолько невероятным явлением, что его невозможно толком объяснить, особенно в сочетании с тем, что вспышка AT2018cow и сопровождающие её процессы (яркость, температура и длительное послесвечение) были на порядок мощнее всех ранее увиденных взрывов сверхновых.

На первый взгляд существует два объяснения «плоского» взрыва сверхновой AT2018cow: либо звезда сформировала колоссальный диск вещества ещё до взрыва, либо родившаяся после взрыва нейтронная звезда или чёрная дыра оказались настолько массивными, что не отпустили от себя сброшенную оболочку и сформировали диск аккреции — падающего на ядро или в дыру вещества. Удивительно, но такого не наблюдалось в случае последующего обнаружения четырёх новых «коров». Все новые «коровы» взрывались «шариками».

«О взрывах FBOT [«коров»] известно очень мало — они просто не ведут себя так, как должны вести себя взрывающиеся звезды, они слишком яркие и слишком быстро эволюционируют. Проще говоря, они странные, а новое наблюдение делает их ещё более странными», — сказал ведущий автор работы астрофизик Джастин Маунд (Justyn Maund).

Открытие подобной аномалии — это вызов земной науке и возможность сделать шаг в новом направлении. В следующем году, как ожидается, начнёт работать Обсерватория им. Веры Рубин с огромнейшей матрицей. Этот обзорный телескоп среди прочих наблюдений будет способен фиксировать множество переходных событий, включая поиск сверхновых и «коров» в частности. Поток новых данных поможет разобраться с явлениями, которые сегодня ставят учёных в тупик, и это время не за горами.

На новом снимке космический телескоп «Хаббл» (Hubble) запечатлел извилистые рукава неправильной спиральной галактики, в которой формируются новые звёзды. Галактика под номером NGC 5486 находится в 110 млн световых лет от Земли и наблюдается в созвездии Большой Медведицы.

Галактика NGC 5486. Источник изображений: nasa.gov

Помимо нечётких извилистых рукавов неправильной галактики, отдалённо напоминающей спиральную, на снимке можно увидеть её яркое ядро и несколько более тусклых и далёких галактик, образующих задний план. В областях розового цвета формируются звёзды. Неправильными называют галактики, неправильной формы, которые не имеют ни спиральной, ни эллиптической структуры. NGC 5486 наблюдается неподалёку от значительно более крупной галактики «Вертушка» — одного из самых известных примеров классической спиральной галактики.

Галактика «Вертушка» (NGC 5457)

«Вертушка», которая носит номер NGC 5457, находится примерно в 21 млн световых лет от Земли, что делает её одной из наиболее близких к нам, и наблюдается она также в Большой Медведице. Она примерно в два раза больше Млечного Пути, у неё чётко очерченные спиральные рукава и, по оценкам учёных, более триллиона звёзд. Её снимок «Хаббл» сделал в 2006 году — на тот момент это было самое крупное и подробное изображение спиральной галактики, когда-либо полученное космическим телескопом.

Снимок NGC 5486 был сделан в рамках проекта, посвящённого изучению сверхновых типа II — это крупные взрывы, которые происходят после быстрого коллапса массивной звезды. Такое событие в NGC 5486 было зафиксировано в 2004 году, и сейчас астрономы применили «Хаббл» для изучения его последствий.

NASA поделилось изображением звезды WR 124, которое получил космический телескоп «Джеймс Уэбб» (JWST). Светило располагается в созвездии Стрельца на расстоянии 15 тыс. световых лет от Земли. Наиболее интересной особенностью данной звезды является то, что она находится в процессе, предшествующем превращению в сверхновую.

Источник изображения: nasa.gov

Первое изображение звезды WR 124 телескоп получил в июне 2022 года — этот редкий объект находится в фазе Вольфа — Райе. Такие звезды становятся одними из наиболее крупных и ярких звёзд в ночном небе, и после данной фазы у массивных звёзд следует взрыв сверхновой. По оценкам учёных, масса WR 124 в 30 раз превышает солнечную массу, и к настоящему моменту её потери вещества в десять раз превышают массу Солнца. Со временем выбрасываемый звёздами Вольфа — Райе газ остывает и образует космическую пыль.

Космическая пыль, которая успешно наблюдается в инфракрасном диапазоне, интересует астрономов по ряду причин, и в первую очередь потому, что это важный строительный блок для объектов Вселенной. Он может укрывать формирующиеся звезды и образовывать планеты. На данный момент учёные не располагают убедительной теорией, способной объяснить количество присутствующей во Вселенной космической пыли — её больше, чем предсказывает теория, — и есть вероятность, что новые данные «Джеймса Уэбба» помогут в решении этой задачи.

Пока изучающие космическую пыль астрономы не обладали достаточным объёмом данных, чтобы исследовать особенности её образования в средах вроде WR 124, а также понять, достаточны ли размеры её частиц и её общий объём, чтобы «выжить» при взрыве сверхновой, сохранив статус строительного материала. Результаты прямых наблюдений объекта помогут в дальнейших исследованиях вопроса, пояснили в NASA.

Установленная на 4-метровом телескопе имени Виктора Бланко (Víctor M. Blanco Telescope) обзорная камера DECam (Dark Energy Camera) в межамериканской обсерватории Серро-Тололо в Чили помогла учёным получить изображение газовой туманности RCW 86. Этот объект является остатком сверхновой SN 185.

Источник изображения: noirlab.edu

Взрыв сверхновой SN 185 произошёл в 185 г. н.э. между созвездиями Циркуль и Центавр на расстоянии 8000 световых лет от Земли — объект оставался видимым в течение 8 месяцев. Событие наблюдали древние учёные, а записи о нём имеются в древнекитайской книге «История империи Поздняя Хань» и в древнеримской литературе.

Сегодня связь между событием SN 185 и газовой туманностью RCW 86 считается установленной, но так было не всегда. Ранее астрономы считали, что для формирования такой структуры после взрыва сверхновой требуется около 10 тыс. лет, а значит, он никак не мог произойти в 185 г. н.э. Но в 2006 году учёные пришли к выводу, что большой размер объекта был обусловлен чрезвычайно высокой скоростью его расширения — по новым оценкам, его возраст составляет около 2 тыс. лет, а значит, между SN 185 и RCW 86 всё-таки существует прямая связь.

Объяснить высокую скорость расширения объекта помог анализ рентгеновского излучения, благодаря которому в этом регионе удалось выявить большое количество железа — признак того, что взрыв сверхновой относился к категории la. Такие сверхновые являются самыми яркими из всех — они происходят в двойных системах, в которых белый карлик перекачивает вещество из звезды-компаньона до точки взрыва. По мере поглощения вещества высокоскоростные ветры белого карлика выталкивали газ и пыль наружу, в результате чего образовалась наблюдаемая сегодня полость. Затем, когда звезда уже не смогла выдерживать массу падающего на неё вещества, произошёл взрыв. В сформированной ранее полости оказалось достаточно места для движущихся с огромной скоростью остатков звезды, что породило чрезвычайно быстрое расширение объекта и образовало структуру, которую мы видим сегодня. Полученное учёными изображение RCW 86 поможет им глубже изучить физику этой структуры и механизмы её формирования.

Группа американских учёных рассказала о двойной звёздной системе, которая через несколько миллионов лет произведёт килоновую — взрыв, сопровождаемый слиянием двух нейтронных звёзд. Излучаемая при таком взрыве энергия может в тысячу раз превосходить показатели рождения новой.

Источник изображения: noirlab.edu

Одна из звёзд в двойной системе на расстоянии 11 400 световых лет от нас является нейтронной и носит название SGR 0755-2933. В конце своей жизни звезда отдала своему компаньону настолько много вещества, что ей самой уже не хватило материала, чтобы завершить свою жизнь ярким взрывом сверхновой. Вместо этого на закате своей «карьеры» она произвела «тихую» сверхновую — это редкое космическое событие, — после чего превратилась в нейтронную звезду.

Вторая звезда в изученной паре носит название CPD-29 2176 и обращается вокруг своего компаньона с периодом в 60 земных дней. Систему в созвездии Корма случайно обнаружила студентка Авиационного университета Эмбри-Риддл (США, шт. Аризона) Кларисса Павао (Clarissa Pavao) при изучении данных Межамериканской обсерватории Серро-Тололо в Чили. Внимание исследователей привлекла необычно правильная круговая орбита массивной звезды — произведённый её звездой-компаньоном «тихий» взрыв сверхновой оказался недостаточно мощным, чтобы выбросить компаньона на вытянутую эллиптическую орбиту, типичную для подобных двойных систем.

«Тихая» сверхновая SGR 0755-2933 вспыхнула несколько миллионов лет назад, и астрономы считают, что у CPD-29 2176 есть в распоряжении ещё как минимум миллион лет, после чего она сама произведёт сверхновую и превратится в нейтронную звезду. После этого две нейтронные звезды в течение ещё нескольких миллионов лет будут сближаться друг с другом и столкнутся, произведя взрыв килоновой. Ранее считалось, что во всей нашей галактике Млечный Путь таких систем одна или две, сейчас же учёные увеличили их оценочное число до десяти.

В результате подобных взрывов образуются огромные количества тяжёлых элементов: платины, ксенона, урана и золота, которые просто выбрасываются в пространство. Астрономы считают, что после таких событий вещества зависают в межзвёздной среде и впоследствии образуют астероиды — в результате их падения на Землю по мере её формирования появились драгоценные металлы, которые мы видим сегодня.

Согласно общепринятой модели эволюции звёзд, в нашей галактике должно наблюдаться примерно в пять раз больше остатков сверхновых, чем было обнаружено до сих пор. Разобраться в этом вопросе помогло совместное наблюдение за одним и тем же участком неба двух радиотелескопов, совместив данные от которых учёные обнаружили целое «кладбище» сверхновых там, где раньше ничего не было видно.

Зелёным цветом показан водород (газ), светлые пятна — останки сверхновых. Источник изображения: R. Kothes (NRC) и PEGASUS

В работе принимали участие два радиотелескопа из Австралии: Обсерватория Паркса (Parkes) и интерферометр «АСКАП» (ASKAP). Первый за счёт вращающейся 64-м тарелки помогает изучать области пространства в широком диапазоне, но с небольшим угловым разрешением, а второй, за счёт массива антенн, даёт возможность обнаруживать мелкие детали, обладая высоким угловым разрешением благодаря далеко разнесённым 36 антеннам диаметром 12 м каждая.

Телескоп Parkes позволил нанести на карту массивы водородных облаков, оставшихся после взрывов сверхновых, а ASKAP обнаружил остатки ядер сверхновых и позволил связать их с рассеянными взрывами газовыми облаками. И если ранее в этой области пространства наблюдались всего семь останков сверхновых, то совмещённые данные раскрыли расположение ещё свыше 20 новых останков эволюционировавших до своей смерти звёзд.

Совместная работа Parkes и ASKAP вскрыла около 1 % области галактической плоскости Млечного Пути. И это только начало. Команда учёных рассчитывает охватить область нашей галактики в сто раз большую, чем было рассмотрено, чтобы с той же детализацией составить карту большей части нашей галактики. Специалисты уверены, что эта работа позволит обнаружить до 1500 новых останков сверхновых.