СРГ/eROSITA открыл необычную сверхновую над плоскостью Галактики

24 августа 2021

Новости проектов

Орбитальная обсерватория «Спектр-Рентген-Гамма» (СРГ) сканирует Вселенную в ходе четвертого обзора всего неба в рентгеновских лучах. Рекордная чувствительность телескопа СРГ/eROSITA (одного из двух телескопов на борту СРГ) позволяет находить очень редкие и необычные источники рентгеновского излучения на небесной сфере.

Одним из таких источников стал «круглый» объект, угловой размер которого в 8 раз больше видимого диаметра Луны. Российские астрофизики, открывшие этот объект и давшие ему имя G116.6-26.1 в соответствии с координатами на небе, считают, что это остаток вспышки термоядерной сверхновой, взорвавшейся 40 000 лет назад. Его главное отличие от нескольких сотен подобных объектов — свойства газа, в котором находилась взорвавшаяся звезда.

Открытие старого остатка термоядерной сверхновой в нашей Галактике — это достаточно редкое событие. А G116.6-26.1 к тому же находится не в плоскости Галактики («диск» толщиной около 1 тысячи световых лет, где в основном сосредоточено звездное население; его окружает более разреженное звездное и газовое гало, простирающееся на десятки и сотни тысяч световых лет от нас), где его можно было бы ожидать, а на впечатляющем расстоянии в 4 тысячи световых лет над ней и в 10 тысячах световых лет от Солнца.

И хотя это всё ещё наша Галактика Млечный Путь, но так высоко над её плоскостью остатки сверхновых еще не наблюдались. Там не могла взорваться короткоживущая (всего миллионы лет) массивная звезда, их на такой «высоте» просто нет. Это был термоядерный взрыв белого карлика, произошедший около 40 тысяч лет назад. Все вещество звезды массой в 1.4 массы Солнца было выброшено взрывом с громадной скоростью около 3000 км/сек, и сейчас остаток имеет гигантский физический размер диаметр около 600–700 световых лет.

В ходе термоядерных реакций синтеза с гигантским энерговыделением, ставших причиной взрыва, и радиоактивного распада более половины массы звезды превратилось в железо. Образовавшаяся ударная волна при распространении «сгребла» перед собой горячий газ в гало Галактики общей массой около 100 масс Солнца. Рентгеновский телескоп СРГ/eROSITA «увидел» излучение этого газа в линиях водородоподобного (O VIII) и гелиеподобного (O VII) ионов кислорода, состоящих из ядра кислорода с зарядом Z=8 и лишь одного или двух электронов соответственно.

«Подобное излучение характерно для равновесной астрофизической плазмы с температурой около 1–2 миллионов градусов. Основные характеристики спектра найденного нами объекта предполагают, что соотношение количества разных ионов в сгребенном газе должно было измениться не сильно по сравнению окружающим его невозмущенным газом. Это, вообще говоря, удивительно, поскольку можно было ожидать, что прохождение ударной волны, нагрев и увеличение плотности газа в несколько раз должно было поменять эти соотношения.

Наше объяснение состоит в том, что плотность газа даже после сжатия была очень мала, и время установления ионизационного равновесия оказывается дольше возраста сверхновой. В результате, мы наблюдаем пример «перегретой» плазмы, «помнящей» изначальное соотношение между количеством разных ионов. При этом заметно меняется эффективность столкновительного возбуждения наиболее важных переходов, и излучение в линиях кислорода повышается более чем в 10 раз в сравнении с равновесной ситуацией при той же температуре. Именно это обстоятельство, как мы считаем, делает найденный остаток сверхновой источником яркого рентгеновского излучения в линиях ионов кислорода, а также уникальной «живой» лабораторией процессов в неравновесной астрофизической плазме», — говорит один из авторов открытия к.ф.-м.н. Ильдар Хабибуллин.

«Исследования свойств газа в гало нашей Галактики — это важнейшая задача для понимания процесса формирования и эволюции галактик, — рассказывает ведущий автор статьи академик Евгений Чуразов. — Гигантские размеры гало и ничтожная плотность вещества делают эту задачу очень трудной. Замечательно, что сейчас у нас появляется возможность использовать остатки вспышек сверхновых для прямых измерений температуры и плотности газа на расстояниях в десятки тысяч световых лет от нас, высоко над плоскостью Млечного Пути».

Считается, что термоядерные сверхновые встречаются в нашей Галактике реже, чем взрывы массивных звезд, сопровождающихся гравитационным коллапсом и образованием нейтронных звезд или черных дыр. До сего дня достоверно известно о пяти таких сравнительно молодых (возраст от ста до тысячи лет) остатках термоядерных взрывов.

«Можно надеяться, что при детальном исследовании газа в центральной части остатка будут обнаружены ионы железа общей массой почти в массу Солнца, которые были синтезированы в ходе термоядерного взрыва и гибели белого карлика. Возможно удастся понять, как и за какое время происходит перемешивание этой «железной» плазмы с окружающей средой и обогащение газа в гало железом, — говорит соавтор статьи академик Рашид Сюняев, научный руководитель проекта «Спектр-Рентген-Гамма». — Поразительно и то, что открытый остаток вспышки сверхновой не виден в радиолучах. Значит, ударная волна в горячей плазме гало Галактики крайне неэффективно ускоряет космические лучи. Ведь большинство старых остатков сверхновых в плоскости нашей Галактики были открыты по их радиоизлучению».

Российские астрофизики надеются в ближайшие месяцы и годы сообщить о других неизвестных ранее остатках сверхновых, обнаруженных телескопом СРГ/eROSITA в ходе обзора всего неба в рентгеновских лучах. Но их еще надо найти среди миллионов рентгеновских источников другой природы и разреженных облаков горячего диффузного газа нашей Галактики на картах рентгеновского неба, которые получает обсерватория «Спектр-Рентген-Гамма».

Статья «Открытие большого и круглого остатка вспышки сверхновой G116.6-26.1 телескопом СРГ/еРОЗИТА: взрыв сверхновой типа Ia как индикатор свойств газа в гало нашей Галактики» опубликована в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society («Ежемесячные записки Королевского Астрономического Общества») и выложена в архиве электронных препринтов arxiv.org. Авторы работы — члены российской научной группы СРГ/sROSITA по диффузным рентгеновским источникам, сотрудники ИКИ РАН Е.М. Чуразов, И.И. Хабибуллин, Р.А. Сюняев, Института астрономии РАН Н.Н. Чугай, Физико-технического института имени А.Ф. Иоффе А.М. Быков и Института прикладной физики РАН И.И. Зинченко.

***

Космический аппарат «Спектр-РГ», разработанный в АО «НПО Лавочкина» (входит в Госкорпорацию «Роскосмос»), был запущен 13 июля 2019 г. с космодрома Байконур. Он создан с участием Германии в рамках Федеральной космической программы России по заказу Российской академии наук. Обсерватория оснащена двумя уникальными рентгеновскими зеркальными телескопами: ART-XC (ИКИ РАН, Россия) и eROSITA (MPE, Германия), работающими по принципу рентгеновской оптики косого падения. Телескопы установлены на космической платформе «Навигатор» (НПО Лавочкина, Россия), адаптированной под задачи проекта. Основная цель миссии — построение карты всего неба в мягком (0.3–8 кэВ) и жестком (4–20 кэВ) диапазонах рентгеновского спектра с беспрецедентной чувствительностью. Обсерватория должна проработать в космосе не менее 6,5 лет.

Научный руководитель орбитальной рентгеновской обсерватории «Спектр-РГ» академик Рашид Сюняев.
Научный руководитель по телескопу ART-XC им М.Н.Павлинского (Россия): профессор РАН Александр Лутовинов.
Научный руководитель по телескопу eROSITA (Германия): доктор Андреа Мерлони (Andrea Merloni).

Рашид Сюняев