Сверхновый "роддом" для кварковых звезд

Очень яркие взрывы сверхновых звезд, по мнению ученых, могут быть "свидетельствами о рождении" кварковых звезд. Оригинальная интерпретация вспышек сверхновых, имеющих исключительно высокую светимость, основанная на экспериментальном материале, реализует гипотетический объект — кварковую сверхновую - как существующий звездный объект во Вселенной.

Фото:

Такое предположение выдвинул коллектив астрофизиков, то есть M. Костка, Н. Кенинг, Р. Куайед, Д. Лей из "Университета Калгари (Канада) и В. Стеффен из Национального автономного университета Мексики. В основе этой гипотезы лежат наблюдения за исключительно яркими сверхновыми звездами (super-luminous supernovae, SLSN), которые впервые были классифицированы в 2011 году.

Сверхновые звезды как таковые (SN) известны давно, и астрономы разделяли их на два типа. В гигантской вспышке свечения сверхновой I типа отсутствовали спектральные линии водорода, а в случае их обнаружения сверхновую относили ко II типу. Кривые их светимостей характерным образом различаются: после взрывной вспышки достигается максимум светимости SN, а спад может быть быстрым или замедленным. Есть также сверхновые типа Iа (SN 2006gy), для которых при аналогичных проявлениях линии водорода все же присутствуют в спектрах.

Супер-яркие сверхновые SLSN имеют гораздо более высокую яркость, они в десять раз ярче обычных сверхновых звезд типа Iа, у которых спад свечения в ультрафиолете замедлен и хорошо выражен.

Моделирование физических процессов в сверхновых звездах постоянно подпитывается новыми данными и до сих пор нельзя выделить окончательные варианты. Они усовершенствуются и уточняются по мере накопления знаний о каждой известной или проявившейся сверхновой. Но ни одна модель не является универсальной. Ниже я расскажу о самых распространенных из них.

Одна из моделей предполагает термоядерный взрыв SN, облаченной в плотное облако звездного кокона ~20 солнечных масс. Только при взрывных процессах сверхновых рождается все обилие элементов таблицы Менделеева. Это значит, что и наш материальный мир в глубинах времени породила сверхновая звезда.

Читайте также: Коричневые карлики танцуют вальс

Для массивной SN (около 40 масс Солнца) предполагается, что в результате взрыва образуется нейтронная звезда — магнетар. Это быстро вращающееся светило чудовищной плотности имеет огромное магнитное поле, которое иссякает через 10 тысяч лет, всплески гамма- и рентгеновского излучения магнетаров зарегистрированы, число таких объектов — более десятка.

Модель сверхновых, нестабильных по отношению к образованию электронно-позитронных пар, предлагается для очень массивных объектов, совершенно превосходящих ранее упомянутые сверхновые. Гамма-кванты в глубинах таких гигантов обретают энергию, достаточную для формирования электронно-позитронных пар. Часть фотонов при этом теряется, интенсивность излучения падает, наступает чудовищное гравитационное сжатие, завершающееся мощнейшей вспышкой сверхновой.

Тем не менее, для описания новейших данных об SLSN старые модели заведомо не подходят и не могут дать полноценного описания событий. Поэтому исследователи этих супер-ярких сверхновых и заинтересовались кварковыми звездами, которые пока являются чисто гипотетическими объектами идолжны состоять из "странной uds-материи, смеси u-, d- и s-кварков. Следует заметить, что и сами частицы, именуемые кварками, тоже придумали теоретики, поскольку в экспериментах их пока не обнаружили. Предположительно это "прото-кирпичики" с зарядом, равным трети электрона. Из них могут состоять протоны, нейтроны и другие, менее стабильные барионы.

Теоретик, физик и математик Эдвард Виттен предполагает, что если таково основное состояние вещества ядер химических элементов, то эволюция звезд допускает превращение нейтронных звезд в кварковые! Проработка этой идеи, а если точнее, исследование взаимосвязи кварковых звезд с супер-яркими SLSN была осуществлена около десятка лет тому назад и опубликована в июле 2002 года в журнале Astronomy and Astrophysics тремя специалистами-теоретиками (Р. Куайед, Дж. Дэй, M. Дэй) из Дании и Индии. Работа была названа весьма романтично — "Кварковая новая".

Если исходить из данного исследования, в модели кварковой новой звезды появление объекта сопровождается взрывом, далее "кора" нейтронной звезды исторгается наружу и догоняет оболочку предыдущего взрыва сверхновой (образовавшей нейтронную звезду), и тогда проявляется повторная вспышка излучения, которая должна служить, по идее, свидетельством подтверждения вселенских преобразований материи. В рамках такой модели двойного возрастания яркости объекта, когда второе усиление излучения генерирует кварковая новая, авторами были рассмотрены зарегистрированные интенсивности свечения восьми вспышек сверхновых: упомянутая сверхновая SN 2006gy, а также эквивалентные ей по яркости объекты SN 2005ap, SN 2006tf, SN 2007bi, SN 2008es, SN 2008fz, PTF09cnd и PTF10cwr.

Также было установлено, что что интенсивность свечения зависит от длительности интервала времени между моментами первого взрыва сверхновой и второго взрыва — кварковой новой. Если взрывы разделяет короткий временной промежуток, то первый всплеск свечения и повторный накладываются, обеспечивая узкий интервал высвечивания огромной мощности с последующим быстрым спадом. Для значимого временного интервала между двумя взрывными преобразованиями первый всплеск светимости не столь огромен, но зато спад сравнительно замедленный.

Безусловно, важнейшим параметром является масса преобразующегося исходного объекта. Варьируя этим параметром в модельных расчетах, а также временным интервалом, разделяющим первый и второй взрывы сверхновой, авторам удалось воссоздать с достаточной мерой правдоподобия кривые интенсивности свечения во времени, соответствующие наблюдательным данным. Предположительно, по мнению авторов, прародителями исследуемых звездных объектов были звезды в интервале 25-35 масс Солнца.

Согласно их работе, именно такие объекты могут обеспечить достаточное количество энергии для осуществления каждой конкретной кривой светимости, полученной при наблюдении событий. Спектральные исследования особенностей взрывных событий сверхновых также могут быть истолкованы в пользу возникновения кварковых звезд при вспышках супер-ярких сверхновых.