Наиболее вероятной причиной взрывов сверхновых типа Ia служат слияния двух белых карликов — остатков «умерших» звёзд.

Составное изображение галактики М31 (Туманности Андромеды). Разными цветами показаны изображения, полученные на разных длинах волн.

Это показали исследования, которые провели ведущий научный сотрудник Института космических исследований РАН Марат Гильфанов и аспирант Акош Богдан из Института астрофизики Общества им. Макса Планка (Германия). Астрофизики отмечают, что этот решающий шаг в понимании природы сверхновых исключительно важен для космологии, так как именно по таким сверхновым определяют темп расширения Вселенной.

Исследование базировалось на данных, полученных с помощью орбитальной рентгеновской обсерватории «Chandra» (НАСА), а также космического инфракрасного телескопа «Spitzer» (НАСА) и обзора неба в ИК-диапазоне.

Вспышки сверхновых типа Ia астрономы называют «стандартными свечами». Такое название объясняется тем, что их светимость практически одинакова и наблюдаемая яркость таких сверхновых зависит только от расстояния до наблюдателя. Кроме того, они чрезвычайно ярки, благодаря чему их обнаруживают на больших расстояниях, сравнимых с размером наблюдаемой части Вселенной. Находя подобные сверхновые и измеряя их красные смещения и расстояния до них, можно определять скорость расширения Вселенной в разные моменты времени в прошлом. На основании таких измерений в 1998 году был сделан вывод о существовании тёмной энергии.

Однако до настоящего времени механизм вспышек оставался до конца неясным. Практически не вызывает сомнений, что сверхновая типа Ia — результат термоядерного взрыва белого карлика — остатка «умершей» звезды, в которой прекратились ядерные реакции. Его размер примерно в 50—100 раз меньше размера Солнца, а плотность в миллион раз больше. Наиболее вероятная причина взрыва — превышение критической массы, так называемого предела Чандрасекхара, приблизительно равного 1,4 массы Солнца. Но о том, как именно происходит накопление вещества, приводящее к взрыву, учёные спорят уже на протяжении двадцати лет. Рассматривались два сценария. Согласно первому, белый карлик в двойной системе с обычной звездой постепенно «перетягивает» на себя вещество своего компаньона (этот процесс называется аккрецией, а сценарий — аккреционным). Во втором сценарии взрыв вызван слиянием двух белых карликов, входящих в одну двойную систему.

Идея, которую высказали Марат Гильфанов и Акош Богдан, состояла в том, что эти два сценария можно различить по предсказываемой ими рентгеновской светимости. Учёные проверили свою гипотезу на примере пяти эллиптических галактик и спиральной галактики Туманность Андромеды (М31).

Оказалось, что наблюдаемая рентгеновская светимость эллиптических галактик в 30—50 раз меньше, чем предсказывается аккреционным сценарием. Поэтому доля сверхновых, взрывающихся по достижении белым карликом критического предела массы в результате аккреции в двойной системе, не превышает нескольких процентов, а наиболее вероятным источником вспышек сверхновых типа Ia становится сценарий сливающихся белых карликов.

Результат оказался неожиданным, так как ранее большинство астрономов считали более вероятным аккреционный сценарий, так что исследования требуют продолжения. В частности, Марат Гильфанов и Акош Богдан изучали в первую очередь эллиптические галактики — то есть галактики со старым звёздным населением. В более молодых спиральных галактиках, где до сих пор может продолжаться интенсивное звёздообразование, ситуация может отличаться.

Кроме того, «стандартность» вспышек естественна в аккреционном сценарии, так как белые карлики взрываются при одной и той же массе, равной критической. Сценарий же сливающихся белых карликов предсказывает разброс масс и, следовательно, разброс параметров вспышек сверхновых, что, впрочем, и наблюдается. Картина ещё более усложнится, если в галактиках разных типов вклады разных сценариев различны. Это необходимо учитывать при проведении высокоточных космологических измерений с использованием сверхновых типа Ia. Такие измерения — одна из главных задач ряда больших астрономических проектов наступающего десятилетия.

№4, 2010