Рентгенівські знімки демонструють складну динаміку ударних хвиль і плазми в залишку наднової Cassiopeia A. Розширення хмари плазми неоднорідне, а деякі ділянки ударної хвилі рухаються до центру вибуху, тобто у зворотному напрямку.
Залишок наднової Cassiopeia A: комбінація видимого, інфрачервоного та рентгенівського зображень / © NASA / JPL-Caltech
Залишок наднової Cassiopeia A розташований в 11 тисячах світлових роках від Землі, це один з найближчих і молодих відомих об’єктів такого роду. Сам спалах в сузір’ї Кассіопея міг спостерігатися в другій половині XVII століття, проте через потужне поглинання в пиловому диску Галактики воно не вразило земних спостерігачів. Ймовірно, її бачив англійський астроном Флемстід в 1680 році – як тьмяну зірочку шостої величини на межі видимості неозброєним оком.
Міжзоряне поглинання ускладнює вивчення багатьох об’єктів Чумацького шляху, але з розвитком мультихвильової астрономії залишок цієї наднової став зручним об’єктом для дослідження. В інших діапазонах електромагнітного випромінювання поглинання слабкіше, ніж в оптичному, і утворену туманність, як і багато інших об’єктів Галактики, можна розгледіти і вивчити у всіх деталях.
У недавньому дослідженні вчені на чолі з Джакко Вінком з Амстердамського університету вивчили залишок наднової Cassiopeia A в рентгенівському діапазоні. Для цього вони зіставили і обробили серію архівних знімків космічної обсерваторії «Чандра», знятих протягом 19 років. Оригінальна стаття з результатами дослідження вийшла на сайті препринтів arxiv.org.
Легко припустити, що хмари плазми, породжені настільки потужним вибухом, як наднова, повинні однорідно розширюватися на всі боки, немов надувається повітряна куля. Однак це уявлення виявляється далеким від істини.
Залишок наднової Cassiopeia A складається з хмари плазми, яка нерівномірно розширюється з середньою швидкістю 5800 кілометрів в секунду, і в ньому можна виділити дві концентричні ударні хвилі. Зовнішня приблизно збігається із зовнішнім краєм туманності, в той час, як внутрішня ударна хвиля поширюється проти напрямку потоку самої плазми з середньою швидкістю 3000 кілометрів в секунду.
У західній ділянці ударної хвилі ця швидкість досягає 8000 кілометрів в секунду і перевищує за величиною швидкість самого потоку. Таким чином, дана ділянка сама рухається до центру туманності зі швидкістю до 2000 кілометрів на секунду, аналогічно тому, як хвилі можуть підніматися вгору проти течії річки.
- Екзопланету розміром з Сатурн знайшли в 200 недалеко від Землі. Її орбіта руйнується
- «Вебб» виявив найдавнішу з коли-небудь спостережуваних галактик
Ретельний аналіз серії знімків виявив і інший незвичайний факт – прискорення зовнішньої хвилі в тій же області, що досягає 0,5 кілометра в секунду за рік. Зазвичай ударні хвилі від спалахів наднових з часом тільки сповільнюються, зустрічаючи опір скинутих раніше оболонок і міжзоряного середовища.
Вчені пропонують наступний механізм спостережуваної картини. Зірка, що вибухнула з’явилася на світ як масивне світило масою 15-25 сонячних. Незадовго перед вибухом вона повністю скинула зовнішню оболонку, в якій утворилося ущільнення на західній ділянці.
У випадку прабатька Cassiopeia A поки не відомо, чим була викликана ця втрата, – можливо, оболонку допоміг зняти близький компонент, пізніше поглинений ним або вибухнувший. Але скидання оболонки перетворило його в зірку класу Вольфа-Райє масою всього чотири-шість сонячних, що володіє величезною світністю і найсильнішим зоряним вітром. Цей вітер розчистив найближчі околиці від скинутого матеріалу, а потім зірка вибухнула.
Викинутий у спалаху наднової розпечений матеріал на високій швидкості зіткнувся з внутрішнім краєм скинутої раніше оболонки, і викликав вибухоподібний стрибок температури і тиску. Він і спровокував обидва спостережуваних ефекти. Спочатку утворилася друга ударна хвиля, що поширюється проти набігаючого потоку, в розріджені внутрішні області залишку наднової. Потім вихідна хвиля пройшла оболонку наскрізь і, ймовірно, сфокусувалася в ущільненій ділянці оболонки, що призвело до її прискорення.
Варто відзначити, що сама по собі складна динаміка руху речовини в залишках вибухах наднових – явище відоме. Вона викликана складністю процесів, що відбуваються на пізніх стадіях еволюції масивних зірок: і скидання оболонок, і самому вибуху властива значна асиметрія. Багато деталей цих складних і різноманітних явищ ще залишаються невивченими.