Раньше мы думали, что понимаем механизм сверхновых. Массивные звезды взрываются, оставляя после себя нейтронные звезды или черные дыры. Как правило, самые массивные звезды существуют парами — в двойных системах, связанных гравитацией.
Почему же нам никогда не удавалось увидеть две сверхновые, рожденные в рамках одной двойной системы?
Дело не в том, что таких событий не существовало. Они просто прятались. А именно — на виду, внутри так называемой Медузы (Jellyfish Nebula).
Поиск невидимой второй сверхновой в IC 443
Настоящее название туманности Медуза — IC 443. Это один из самых известных остатков сверхновой в нашей Галактике. Он ярко светится в рентгеновском диапазоне. Десятилетиями эта яркость создавала проблемы, скрывая все остальное вокруг.
Поблизости находился другой остаток. Он был тусклым. Мы называли его G189.6+3. Он присутствовал в данных, но отказывался подтверждать свое существование.
Астрономы ищут остатки сверхновых по ударным волнам. Это «рябь», остающаяся после того, как ядро звезды коллапсирует и разбрасывает в космос остальную ее часть. Обычно это наблюдается в радиосигналах или рентгеновских оболочках.
В 2023 году команда ученых использовала телескоп eROSITA (рентгеновский космический аппарат, запущенный в 2018 году и работающий с 2019 года). Они обнаружили плазменную оболочку, нагретую до температуры более 8 миллионов градусов Цельсия.
Это напоминало вторую сверхновую. Но отсутствовал радиосигнал. Скорее, он не соответствовал всей оболочке. Ситуация оставалась неясной. Это не было «пистолетом с дымком». Только тень.
Как гамма-лучи раскрыли двойной взрыв
Прорыв произошел, когда ученые поднялись выше по шкале энергий.
Астроном из Стэнфорда Мильтиадис Михалидис возглавил команду, проанализировавшую данные телескопа Fermi Gamma-ray Space Telescope (НАСА). Они проселили 16 лет архивных записей. Им нужны были не радиоволны, а гамма-лучи.
Они обнаружили свечение. Оно идеально совпадало с рентгеновской оболочкой.
Это доказало, что G189.6 — не просто странное газовое облако, а остаток сверхновой.
Но здесь возник поворотный момент.
Северная часть этого нового остатка выглядела иначе. Она излучала другой тип гамма-сигнала. Большая часть G189.6 находилась в пустом пространстве, и ее свечение происходило за счет электронов, разогнанных ударной волной.
Северная часть же столкнулась со стеной. А именно, с облаком S249 H II — плотным облаком ионизованного водорода. Здесь разгонялись не только электроны, но и протоны. Это специфическое взаимодействие создает уникальный гамма-сигнатур.
Вот что удивительно: облако S249 уже было известно своим взаимодействием с Медузой (IC 443).
Это означало, что G189.6 и IC 443 находились рядом не только визуально на небе. Они были физическими соседями. Они занимали один и тот же объем пространства.
Почему открытие двойной сверхновой имеет значение
Почему нас волнуют две мертвые звезды рядом?
Это решает давнюю теоретическую загадку.
Звезды в двойных системах эволюционируют вместе. Когда первая, более массивная звезда взрывается как сверхновая, ударная волна достигает ее спутника. Спутник выбрасывается с орбиты и улетает прочь.
Позже эта звезда-спутник тоже взрывается.
Если промежуток времени между двумя взрывами достаточно короток, получаются два остатка, которые выглядят взаимодействующими.
Компьютерные симуляции подтвердили эту последовательность. Две звезды начали жизнь как пара. Первая взорвалась. Вторая была отправлена в полет. Она улетела достаточно далеко, чтобы ее остатки остались отделены от первых, но достаточно близко, чтобы мы могли увидеть связь.
Взрывы произошли с разницей в несколько тысяч или десятков тысяч лет. В астрономических масштабах времени это мгновение ока.
Это позволяет нам измерить то, что раньше было невозможно: распространение энергии.
Теперь мы можем точно рассчитать, как энергия от первой сверхновой перемещалась через пространство. Мы видим, как она вытесняла вещество. Мы можем отслеживать движение звездной «шрапнели» сквозь тьму.
Что это значит для понимания ранней Вселенной
Речь идет не только об одной странной паре звезд.
Это подтверждает наши модели эволюции двойных звезд. Как говорит Михалидис: у нас были теории. Теперь у нас есть физические доказательства, с которыми можно их сверять.
Еще важнее, что такие системы могут рассказать нам о ранней Вселенной.
В самом начале космос был меньше. Он был наполнен массивными, недолговечными звездами, которые постоянно взаимодействовали. Двойные системы были распространены, а взрывы — частыми.
Изучение IC 443 и G189.6 похоже на исследование реликвии той бурной эры.
Мы начинаем понимать, как формируются звезды и галактики, наблюдая за тем, как они умирают.
Команда уже планирует поискать еще такие объекты. Если они будут найдены, мы сможем уточнить прогнозы. Мы сможем отследить эволюцию этих систем в Млечном Пути и за его пределами.
До тех пор у Медузы есть близнец. И он ждал своего часа в данных все это время.
Достаточно ли у нас данных по гамма-лучам, чтобы найти их всех? Возможно, пока нет. Но следующая уже ждет нас там, за пределами видимого.
