Найден новый тип сверхновой: звезда «обнажилась» до ядра перед взрывом

Астрономы наблюдали то, что они называют новым типом сверхновой, что позволило получить беспрецедентное представление о том, что происходит глубоко внутри звезды непосредственно перед её взрывом.

Исследование, подробно описывающее это удивительное открытие, было опубликовано в журнале Nature.

Массивные звезды напоминают небесные луковицы: внешние слои состоят из лёгких элементов, таких как водород и гелий, а под ними располагаются слои из более тяжёлых элементов.

Эти звезды, масса которых может быть в 10–100 раз больше массы нашего Солнца, питаются за счёт ядерного синтеза — процесса, при котором лёгкие элементы сливаются, образуя более тяжёлые.

Звёзды начинают с состава примерно 75% водорода и 25% гелия с небольшими примесями углерода, азота, кремния и других элементов, рассказал соавтор исследования Адам Миллер, доцент физики и астрономии Северо-Западного университета.

В ходе синтеза, который происходит в центре звезды при самых высоких температуре и плотности, водород превращается в гелий, формируя внешние слои «луковичной» структуры. В течение жизни звезды процесс продолжается: лёгкие элементы сливаются в более тяжёлые, постепенно образуя внутренние слои из кремния, серы, кислорода, неона, магния и углерода под слоями гелия и водорода.

В самом конце жизни звезды, после формирования всех газовых слоёв, образуется железное ядро, пояснил Миллер.

Синтез выделяет энергию, создающую давление, которое не даёт звезде коллапсировать под действием собственной гравитации. Но когда звезда пытается синтезировать железо в ядре в более тяжёлые элементы, энергии уже недостаточно для поддержания давления. В результате ядро звезды коллапсирует под гравитацией, что приводит к взрыву сверхновой.

Однако наблюдения сверхновой SN2021yfj показали нечто неожиданное. За некоторое время до взрыва звезда уже потеряла свои внешние слои водорода, гелия и углерода. Затем непосредственно перед взрывом она выбросила обычно скрытый слой относительно тяжёлых элементов — таких как кремний, сера и аргон — которые редко наблюдаются у умирающих звезд.

Взрыв звезды «осветил» этот выброшенный слой кремния, серы и аргона — явление, которое никогда ранее не фиксировали, отметил Миллер.

«Это первый раз, когда мы видим звезду, которая фактически была обнажена до костей», — сказал ведущий автор исследования Стив Шульце, научный сотрудник Центра междисциплинарных исследований астрофизики Северо-Западного университета.

«Это показывает нам структуру звезд и доказывает, что звезды могут терять огромное количество вещества до взрыва. Они могут потерять не только внешние слои, но и быть полностью очищены вплоть до ядра и при этом произвести ярчайший взрыв, который мы можем наблюдать с огромных расстояний».

Открытие предоставляет прямые доказательства давно предполагаемой, но трудно наблюдаемой внутренней структуры массивных звезд. Оно также ставит под сомнение традиционные представления астрономов о развитии звезд.

«Это событие буквально выглядит так, как будто никто никогда не видел ничего подобного», — сказал Миллер.

«Это было настолько странно, что мы даже подумали: возможно, мы наблюдаем неправильный объект. Эта звезда говорит нам, что наши идеи и теории эволюции звезд слишком узки. Учебники не ошибаются, но явно не охватывают всего многообразия явлений природы. Должны существовать более экзотические пути завершения жизни массивной звезды, о которых мы не думали».

Ранее ученые были поражены открытием "межзвездного туннеля": соединяет нашу солнечную систему с другими звездами.