Астрономы создали трехмерную модель сверхъяркой сверхновой

Астрономы создали первую трехмерную симуляцию сверхяркой сверхновой — объекта, который примерно в сто раз ярче типичной сверхновой. Свою модель они описали в статье в журнале Astrophysical Journal.

Вот уже более десяти лет сверхъяркие сверхновые остаются загадкой для астрономов. В то время как некоторые их характеристики отчасти схожи с характеристиками обычных сверхновых, они сияют на небе намного ярче — как минимум в десять раз. Полученные телескопами данные указывают на то, что существует несколько возможных механизмов образования подобных объектов. Один из них предполагает, что мощные вспышки возникают, когда в ходе коллапса массивной звезды образуется магнитар — быстро вращающаяся нейтронная звезда, чье магнитное поле в триллионы раз сильнее земного. Когда магнитар испускает ветер из разогнанных до высоких скоростей заряженных частиц, его вращение тормозится, а выделяющаяся при этом энергия разогревает окружающую материю и заставляет ее светиться ярче. Однако этот сценарий — лишь гипотеза, и чтобы лучше понять процессы, которые происходят со сверхъяркими сверхновыми, ученым необходимо трехмерное моделирование.

Группа исследователей из Австрии, США и Тайваня под руководством Ке-Чжун Чена (Ke-Jung Chen) из Академии Синика создали первую трехмерную гидродинамическую симуляцию сверхъяркой сверхновой. Они поместили магнитар радиусом около 10 километров в центр газопылевого образования радиусом примерно 15 миллиардов километров.

 Ученые отмечают, что подобные работы требуют большой вычислительной мощности, поэтому они использовали суперкомпьютер, принадлежащий Национальному энергетическому научно-исследовательскому вычислительному центру.

С помощью модели астрономы проследили за эволюцией объекта в течение первых 200 дней после его формирования, что позволило им наблюдать образование ударной волны на этапе взрыва и ускорение окружающий материи магнитарным ветром. Симуляция показала, что в остаточной оболочке сверхъярких сверхновых возникают гидродинамические неустойчивости, причем на двух масштабах. Первые происходят в пузыре горячей материи, разогретой магнитаром, а вторые возникают, когда ударная волна молодой сверхновой сталкивается с газом и пылью в межзвездном пространстве. Из-за этого остаточное вещество перемешивается намного сильнее, чем в случае с обычной сверхновой, что может определять спектр и кривую блеска события.

Кроме того, группа Ке-Чжуна обнаружила, что магнитар может ускорять кальций и кремний, которые выбрасываются при взрыве молодой сверхновой, до 12 тысяч километров в секунду, что объясняет, почему в спектрах, полученных при наблюдениях, их эмиссионные линии расширены. Также они определили, что энергия даже слабых магнитаров может ускорить элементы подгруппы железа, которые обычно спрятаны в глубине остатка сверхновой, до 5-7 тысяч километров в секунду, и тогда становится ясно, почему железо наблюдается на ранних этапах вспышек сверхновых, например таких, как SN 1987A. Ученые долгое время не могли найти объяснение этому феномену.