Одним из главных принципов уникальной «системы Физтеха», заложенной в основу образования в МФТИ, является тщательный отбор одаренных и склонных к творческой работе представителей молодежи. Абитуриентами Физтеха становятся самые талантливые и высокообразованные выпускники школ всей России и десятков стран мира.

Студенческая жизнь в МФТИ насыщенна и разнообразна. Студенты активно совмещают учебную деятельность с занятиями спортом, участием в культурно-массовых мероприятиях, а также их организации. Администрация института всячески поддерживает инициативу и заботится о благополучии студентов. Так, ведется непрерывная работа по расширению студенческого городка и улучшению быта студентов.

Адрес e-mail:

Тайна колец сверхновой.

Тайна колец сверхновой.

                             
Рисунок 1. Показаны результаты моделирования структуры колец в сверхновой 1987А (из статьи Морриса и Подсядловского [T. Morris, Ph. Podsiadlowski] astro-ph/0703317).

На основе трехмерного численного моделирования показано, что тройная система колец в остатке сверхновой 1987А может объясняться тем, что взорвавшаяся звезда образовалась в результате слияния компонент двойной системы.

Совсем недавно исполнилось 20 лет с момента обнаружения вспышки сверхновой в Большом Магеллановом облаке. Конечно, сама вспышка произошла примерно 160-170 тысяч лет назад, столько нужно времени, чтобы свет преодолел расстояние, разделяющее нас и карликовый спутник нашей Галактики, но мы, скорее по привычке, будет говорить о "вспышке 1987 года".

Это была первая сверхновая со времен Кеплера (1604 г.), видимая невооруженным глазом. Наблюдения позволили получить массу информации о сверхновой, что дало возможность существенно продвинуться в понимании физики взрывов звезд. Благодаря близости Большого Магелланова облака впервые удалось обнаружить на архивных снимках предсверхновую, т.е. взорвавшуюся звезду. Кроме того, в 1987 году работали нейтринные детекторы, поэтому впервые ученые смогли зарегистрировать нейтринный сигнал от взрыва. Но это еще не все. Все эти 20 лет, прошедшие с момента взрыва (еще раз подчеркну условность этой фразы), ученые следят за эволюцией остатка сверхновой. Всем известны красивейшие изображения этого объекта. Особенно поражает система колец (к тому же совершенно случайно на остаток спроецировались две звездочки, превратившие два кольца в перстни с бриллиантами). Как же эти кольца образовались?            


Рисунок 2. Чтобы понять структуру колец, нужно мысленно представить себе ее в трехмерии. Представьте песочные часы. Меньшее и более яркое кольцо в центре соответствует "талии" часов. А два больших кольца расположены сверху и снизу (на расстоянии примерно 0.4 парсека от плоскости внутреннего кольца). Все кольца находятся примерно на одной оси. На самом деле, аналогия с песочными часами не полна (нет стенок часов), тем не менее, она помогает представить себе структуру.

Кольца не были выброшены при взрыве сверхновой. Расстояние внешних колец от места взрыва составляет более светового года, соответственно, они не могли "долететь" туда с разумной скоростью (тем более, что кинематика колец известна). Значит, они существовали и до вспышки. Просто взрыв "подсветил" их. В модели, которую мы будем обсуждать, более мощное излучение соответствует большей плотности газа. Появление этих уплотнений авторы модели связывают с тем, что предсверхновая появилась как результат слияния двух звезд.

Необычные свойства самой сверхновой (химические аномалии) вкупе с данными по звезде-прародительнице давно наводили ученых на мысль о том, что голубой сверхгигант Sk -69o202 был результатом слияния двух массивных звезд. Но доказать это очень непросто. Возможно, что успешное объяснение свойств колец станет решающим пунктом.

В течение своей жизни звезды эффективно теряют вещество. Всем известны красивейшие планетарные туманности, имеющие порой весьма причудливую форму. Все эти чудеса природы образуются из-за истечений звездного вещества, которые могут происходить в несколько этапов, причем потоки могут быть сферически несимметричными. Не являются исключением и герои нашего рассказа - кольца СН1987А.

И внутреннее, и оба внешних кольца связаны с истечением вещества от предсверхновой. За прошедшие 20 лет появлялось множество моделей, призванных объяснить происхождение колец. Однако они не учитывали особенности распределения вещества вокруг звезды перед взрывом, связанные со слиянием. Вероятно поэтому ни одна модель не могла объяснить весь набор наблюдаемых параметров. Посмотрим, что предлагают Моррис и Подсядловский.


Рис. 3. Модель Морриса и Подсядловского. Такая эволюционная схема привела, в частности, к формированию колец. Панель a: начинается неустойчивый перенос вещества с одной звезды на другую. Образуется общая оболочка (панель b). На этой стадии менее массивная звезда (она слева) находится еще на стадии главной последовательности (MS), в то время как вторая, более массивная и, соответственно, быстрее эволюционирующая звезда, уже сформировала внутри себя углеродно-кислородное (CO) ядро. Звезды сближаются внутри общей оболочки, и часть вещества оболочки рассеивается (панель c). Наконец, слияние заканчивается (панель d: темно-синий цвет — это уплотнения, то есть зародыши колец; голубой — вещество, сброшенное при слиянии; красный — вещество, сброшенное при превращении красного гиганта в голубой; желтый — ветер голубого! гиганта). После 1000-летней релаксации возникает голубой гигант. К этому моменту рассеивающаяся оболочка уже сформировала вокруг сложную структуру, которая содержит «зародыши» трех колец. Быстрый и мощные ветер гиганта поддувает всю эту структуру. Перед взрывом сверхновой, который произошел спустя примерно 20 000 лет после слияния, весь набор колец уже готов. Остается только ионизовать вещество в них мощным потоком ультрафиолета.

Рассмотрим двойную систему, состоящую из двух звезд с массами примерно 15 и 5 солнечных. Более массивная звезда эволюционирует быстрее. Водород в ядре выгорает, и она уходит с главной последовательности. Затем звезда расширяется, и начинается перенос вещества с одного компонента на другой (см. рисунок 3, панель a). Перенос масс в такой системе неустойчив, т.е. вторая звезда не может "усвоить" все падающее на нее вещество, поскольку темп переноса слишком велик. Поэтому формируется т.н. "общая оболочка". Т.е. двойная система оказывается погруженной в облако газа. В такой ситуации компоненты двойной начинают сближаться (рис. 3, панель b), т.к. угловой момент уносится из системы вместе с веществом оболочки. Т.о., часть вещества общей оболочки выбрасывается (рис. 3, панель c). Наконец, звезды сливаются.

Сразу после слияния должно образоваться нечто "большое и рыхлое". Этим "нечто" оказывается красный сверхгигант. Это звезда с относительно холодными (а потому красными) внешними слоями и гигантским радиусом, которые составляет около 1500 солнечных. Основная масса звезды (12 из 20 солнечных масс) сосредоточена в гигантской разреженной оболочке. После слияния образовавшаяся звезда быстро вращается (конечно, быстро лишь для своего гигантского размера). Поэтому форма ее не сферическая. Часть вещества оттекает, унося избыточный угловой момент. Звезда меняет свой облик. Она сжимается, и через 1000 лет после слияния возникает голубой гигант. Голубой цвет связан с высокой температурой во внешних слоях. Он гораздо компактнее и легче, чем красный сверхгигант. Ведь несколько солнечных масс может быть потеряно звездой за счет оттекающего вещества.

В процессе слияния и сброса части общей оболочки, т.е. еще до появления голубого гиганта, уже образовались "зародыши" внешних колец. "Зародыш" внутреннего кольца появился из-за того, что при переходе от красного гиганта к голубому имело место экваториальное истечение вещества.

Голубой гигант начинает испускать мощный звездный ветер. Вещество ветра сталкивается с веществом сброшенной оболочки (рис. 3 панель d). Области высокой плотности выносятся ветром голубого гиганта на большее расстояние. Так образуются внешние кольца. Внутреннее кольцо приобретает свой окончательный облик благодаря взаимодействию ветра голубого гиганта с веществом вытекшим ранее в экваториальной плоскости.

На рисунке 4 показано распределение вещества через 20 000 лет после слияния (это соответствует моменту взрыва). Черными точками показано вещество ветра, цветом - вещество туманности. На рисунке изображена только половина системы, вторая симметрична ей. Чтобы представить всю систему зеркально отразите рисунок относительно оси Z. Звезда находится в точке (0,0). Все готово к взрыву.


Рисунок 4. Распределение вещества вокруг звезды перед взрывом. Черными точками показано вещество звездного ветра голубого гиганта. Голубым и зеленым - вещество оболочки. Уплотнения, показанные зеленым на (X,Z)=(0.4, 0.4) и симметрично на (X,Z)=(0.4, -0.4) станут внешними кольцами (мы смотрим на правую половину среза в меридианальной плоскости). Уплотнение в экваториальной плоскости на X=0.2 парсека станет внутренним кольцом.

Теперь, чтобы получить изображение на рисунке 1, необходимо "подсветить" полученную структуру взрывом сверхновой и выбрать правильный ракурс. Ведь, хотя уплотнения вокруг предсверхновой существовали и до взрыва, увидеть с Земли их было невозможно. Вспышка сверхновой за счет мощного ультрафиолетового излучения приводит к ионизации вещества. Именно это и приводит к возникновению ярких колец.

Особенно интересно посмотреть на всю эту картину возникновения колец в движении. Сделать это можно здесь и здесь. Один из фильмов (merger.mpg или S1, в зависимости от того, с какого сайта вы скачиваете) показывает, как в результате слияния происходит формирование структуры вокруг звезды. Второй фильм (wind.mpg или S2). Демонстрирует, как ветер голубого гиганта врезается в сформированную структуру. Действие первого фильма происходит на масштабе всего лишь 12 лет. Второй фильм рассказывает об истории продолжительностью в 20 тысяч лет.

Сравнение рисунка 1 с фотографией системы колец (рисунок 2) говорит о том, что авторы справились со своей задачей. Кроме объяснения внешнего вида всей системы им удалось также описать кинематические свойства колец. Т.о., есть серьезные аргументы в пользу того, что рассмотренная модель верна. Т.е. сверхновая 1987А обязана своим удивительным свойствам слиянию двух звезд.

 

 

 

 

Оригинал статьи читайте в 87-ом выпуске проекта Сергея Попова                                                   Астрономическая Научная Картинка Дня (АНКа Дня) в рамках  Обзоров препринтов astro-ph

Если вы заметили в тексте ошибку, выделите её и нажмите Ctrl+Enter.

© 2001-2016 Московский физико-технический институт
(государственный университет)

Техподдержка сайта

МФТИ в социальных сетях

soc-vk soc-fb soc-tw soc-li soc-li
Яндекс.Метрика