В отделе лазерного термоядерного синтеза Физического института РАН построена новая модель взрыва сверхновой звезды в созвездии Кассиопея. Подобная модель в будущем позволит более глубоко понять физику взрыва термоядерных объектов. О научной загадке сверхновой звезды и своих исследованиях рассказал главный научный сотрудник ФИАН Владислав Борисович Розанов.

    Анализируя спектры взрыва сверхновой звезды в созвездии Кассиопея, полученные с помощью космического телескопа Чандра, американские ученые Уна Хванг и Мартин Ламинг получили результаты, которые поставили в тупик не только их, но и всех ученых, занимающихся подобными исследованиями: распределение элементов в спектре было совершенно необычным.

    По своей природе сверхновая состоит из тяжелого “железного” ядра, более легкого слоя серы или кремния, слоя, состоящего из кислорода, неона, магния и легкой водородно-гелиевой оболочки. При взрыве легкие компоненты должны разлетаться быстрее, а тяжелые – медленнее, что подтверждается как снимками спектров других сверхновых, так и экспериментами со взрывами. Но снимки с телескопа Чандра имели нетривиальное распределение элементов (см. Рисунок 1): на периферии облака остатков сверхновой были обнаружены спектры элементов, расположенных вблизи ядра звезды (железо, сера, кремний).

 

    «После взрыва происходит разлет остатков сверхновой, при котором тяжелые элементы ядра должны оставаться внутри облака остатков. Снимки, полученные американскими учеными, демонстрируют картину, когда железо, кремний и сера оказываются на краю облака. Почему звезда "вывернулась на изнанку"? У моделей взрыва есть хорошее теоретическое обоснование. Те же законы должны работать и при разлете остатков сверхновых. А здесь… Мы начали искать теоретическое объяснение этой картины, размышлять. Из-за гравитации звезда – объект сферически симметричный, если это не двойная система и нет эффектов, связанных с вращением. Стандартное моделирование полностью подтверждает эту теорию, но проанализировав результаты, мы пришли к выводу, что данный взрыв, скорее всего, был несимметричным, что правда пока не имеет объяснения» – комментирует свою работу Владислав Борисович Розанов.

    Для построения математической модели, описывающей подобную несимметричную картину взрыва, была выдвинута гипотеза о не симметричности ядра звезды перед взрывом. В свою очередь это становится возможным, если звезда перед взрывом имеет выраженные несимметричные элементы, либо если взрыв имеет несимметричный характер. По современным моделям железное ядро перед взрывом имеет размер R = 1000-2000 км и плотность ρ = 108 г/см³. Несимметрия слоев тяжелых элементов центральной части звезды перед взрывом, к примеру, возмущение железного ядра ΔR = 200 км качественно меняет картину разлета остатков вещества после взрыва по сравнению с симметричным случаем. Незначительное по космическим масштабам возмущение ΔR = 200 км создает в районе выемки область повышенного давления, где небольшая часть вещества летит с намного большей скоростью (см. Рисунок 2).

    «Мы стали думать, а что если внутри действительно не круглая гладкая система, а нечто, напоминающее кипящую воду в чайнике. Ведь вода в чайнике не имеет гладкой поверхности, она бурлит, кипит, пузыри всплывают. Предполагаемая начальная несимметрия приводит к совершенно другой картине взрыва. Ядро становится похожим на пушку, его распирает давление и оно выстреливает. Полученные данные нашего моделирования совпали с полученными снимками с телескопа. Возможно, данная модель поможет в прояснении проблемы эволюции звезды на пути к сверхновой» – комментирует В.Б. Розанов.

    Подобная модель поведения звезды, состоящей по своей природе из плазмы, поможет также и в понимании состояния вещества при облучении мощным лазерным излучением для осуществления лазерного термоядерного синтеза. В перспективе ученые ФИАН предполагают возможность постановки эксперимента по воссозданию подобной несимметричной плазмы в лабораторных условиях. А это – новые результаты, гипотезы, открытия.

Б. Массалимов, АНИ «ФИАН-информ»