Гіпернови — надзвичайно яскраві й енергійні вибухи зір масою понад 30 сонячних — давно вважаються найпотужнішим різновидом наднових. Вони мали б бути приблизно вдесятеро яскравішими за типові наднові з колапсом ядра та викидати речовину з колосальною кінетичною енергією. Але новий теоретичний аналіз свідчить, що ключові докази на користь гіпернов можуть бути хибними, а сам клас таких вибухів — зайвим.
Про це йдеться у двох роботах астрономів Анмола Аггарвала (Anmol Aggarwal) та Ральфа Шьонріха (Ralph Schoenrich) з Лабораторії космічних наук Малларда Університетського коледжу Лондона, на які звертає увагу видання Universe Today.
Чому взагалі заговорили про гіпернови
Коли масивна зоря вибухає як наднова, вона виробляє й розкидає по околу так звані астрономічні метали — хімічні елементи важчі за гелій. Ці речовини входять до складу наступних поколінь зір. Особливу увагу астрономів привертають зорі з украй низьким вмістом металів: вони нагадують перші зорі Всесвіту, утворені до того, як космос істотно «збагатився» важкими елементами.
Деякі з таких металобідних зір у гало Чумацького Шляху та в сусідній карликовій галактиці Скульптора мають дуже незвичні співвідношення хімічних елементів. Дослідники припускали, що кожна з них сформувалася з газу, збагаченого вибухом лише однієї масивної зорі. Зіставляючи спостережувані хімічні абунданси з результатами моделей різних наднових, вони виявляли, що жоден «звичайний» сценарій не підходить. Натомість найкраще узгодження давали моделі гіпернов.
Ключове припущення цих робіт полягало в тому, що продукти вибуху гіпернови добре й однорідно перемішуються в міжзоряному газі. Саме така однорідна суміш, за колишніми моделями, нібито й ставала «будівельним матеріалом» для нових зір.
Нерівномірне змішування міняє картину
У нових статтях, опублікованих у журналі Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, Аггарвал та Шьонріх детально аналізують це припущення. Вони вводять до моделей наднових стохастичне, тобто випадкове й нерівномірне, змішування викинутої речовини.
За словами Аггарвала, якщо спостерігати наднову сьогодні, матеріал вибуху зовсім не розподіляється рівномірно: кисень може вилітати в одному напрямку, сірка — в іншому, і нові зорі утворюються з певних «шматків» цієї суміші, а не з її ідеально усередненого складу.
Дослідники створили математичні моделі, що враховують цей ефект, і перевірили, чи можна відтворити хімічні особливості металобідних зір без залучення гіпернов. Вони розглянули три раніше відомі зорі, чий склад пояснювали саме гіперновами, і показали, що їхні абунданси краще узгоджуються зі звичайною надновою з колапсом ядра, якщо допустити неоднорідний розподіл викидів.
У першій роботі автори прямо зазначають: поширене в галузі припущення, що одна метало-бідна зоря з незвичним складом відбиває повний набір продуктів однієї потужної наднової або гіпернови, варто замінити уявленням про «фракційне збагачення» — внесок лише частини шарів вибухлої зорі.
Особливий червоний гігант без гіпернови
Друга стаття зосереджена на окремій червоній гігантській зорі в гало Чумацького Шляху з особливо дивним хімічним «почерком». Раніше її вважали найкращим доказом так званої магніторотаційної гіпернови — вибуху зорі з надсильним магнітним полем та швидким обертанням.
Відомо, що наднові утворюють важкі елементи, але не всі. Деякі, зокрема уран і срібло, народжуються під час злиттів нейтронних зір або в надзвичайно екстремальних вибухах, які теж відносили до гіпернов. Попередні роботи стверджували, що згаданий червоний гігант занадто металобідний, аби його можна було пов’язати з подією злиття нейтронних зір: за їхніми моделями, такі злиття мали статися надто пізно, коли міжзоряне середовище Галактики вже істотно збагачено металами.
Аггарвал і Шьонріх запропонували інший сценарій. Вони показали, що зоря рухається надзвичайно швидко й у протилежному напрямку до більшості зір Чумацького Шляху. Це свідчить, що вона, ймовірно, сформувалася в карликовій галактиці, яка згодом злилася з нашою. У таких маломасивних галактиках зорі утворюються повільніше, а газ, збагачений вибухами, легше викидається в міжгалактичний простір і повільніше повертається до нових генерацій зір.
Моделювання показало, що хімічний склад цього червоного гіганта добре пояснюється комбінацією звичайної наднової з колапсом ядра (енергія близько 1051 ерг) та злиття нейтронних зір — без жодної гіпернови. Отримані моделі краще збігаються зі спостереженнями, ніж попередні сценарії з гіперновою.
Гіпернова не обов’язкова, але питання лишаються
Автори підкреслюють, що їхній аналіз змінює інтерпретацію кількох ключових об’єктів, які раніше вважалися прямим свідченням існування гіпернов. Статистично моделі зі звичайними надновими та злиттями нейтронних зір виглядають правдоподібнішими за сценарії з гіперновами.
Водночас вони не стверджують, що цим двом механізмам обов’язково належить уся повнота пояснення. Можливі й інші сценарії, просто залучення гіпернов перестає бути необхідним. Як наголошують дослідники, головна невизначеність полягає в тому, наскільки добре насправді перемішуються продукти вибуху наднової перед тим, як з них формуються нові зорі.
Шьонріх вказує, що навіть після десятиліть досліджень астрономи досі точно не знають, як працює це змішування. Новий аналіз свідчить: воно, ймовірно, часткове, а не повне. Це означає, що моделі хімічної еволюції галактик і міжзоряного середовища потребують перегляду з урахуванням стохастичного, нерівномірного розподілу речовини.
Якщо ці висновки витримають подальшу перевірку, то частина яскравих «слідів» гіпернов у Всесвіті розчиниться в більш буденних, але не менш захопливих історіях про звичайні наднові та злиття нейтронних зір.