Телескоп Джеймс Уэбб нашёл нейтронную звезду в центре остатка сверхновой.

В.К. Кто знакомился с моими постами на предмет космоса, эволюции звёзд и галактик, возможно помнят, что я писал о том, что конечным пунктом эволюции звёзд, по всей видимости, не могут быть чёрные дыры, а только нейтронные звёзды и тёмные карлики.

Космический телескоп Джеймс Уэбб нашёл лучшее свидетельство излучения нейтронной звезды на месте недавно наблюдавшейся сверхновой.

Сверхновая, известная как SN 1987A, возникла на расстоянии 160 000 световых лет от Земли в Большом Магеллановом Облаке. SN 1987A наблюдалась на Земле в 1987 году, это первая сверхновая, которую можно было увидеть невооружённым глазом с 1604 года — еще до появления телескопов.

Это дало астрономам редкую возможность с самого начала изучить эволюцию сверхновой и то, что осталось после неё. SN 1987A была сверхновой типа II с коллапсом ядра [1], что означает, что уплотнённые остатки в её ядре, как ожидается, образовали либо нейтронную звезду, либо чёрную дыру. Доказательства существования такого компактного объекта искались уже давно. Признаки присутствия нейтронной звезды были обнаружены и ранее, но впервые обнаружены эффекты излучения высокой энергии молодой нейтронной звезды.

Астрономия обычно предполагает изучение процессов, происходящих на протяжении как минимум десятков тысяч лет, что намного дольше, чем вся зафиксированная история человечества. Сверхновые — взрывные предсмертные агонии некоторых массивных звёзд — вспыхивают в течение нескольких часов, а яркость взрыва достигает пика в течение нескольких месяцев. Остатки взорвавшейся звезды будут продолжать развиваться быстрыми темпами в течение следующих десятилетий. Таким образом, сверхновые дают очень редкую возможность изучить ключевой астрономический процесс в режиме реального времени.

Сверхновая SN 1987A впервые наблюдалась на Земле в феврале 1987 года, а ее яркость достигла максимума в мае того же года (хотя ее расстояние от Земли означает, что событие сверхновой действительно произошло примерно 160 000 лет назад). Это была первая сверхновая, которую можно было увидеть невооружённым глазом после сверхновой Кеплера в 1604 году.

Примерно за два часа до наблюдения SN 1987A в видимом свете три обсерватории по всему миру наблюдали всплеск нейтрино [2], продолжавшийся несколько секунд. Нейтринный взрыв незадолго до того, как появился видимый свет от SN 1987A был связан с тем же событием сверхновой. Это дало важные подсказки для уточнения нашего понимания сверхновых с коллапсом ядра. Учёные подозревали, что этот тип сверхновых может образовать нейтронную звезду или чёрную дыру.

С тех пор астрономы искали доказательства существования одного из этих компактных объектов [3] в центре расширяющегося остаточного материала. Признаки присутствия нейтронной звезды в центре остатка были обнаружены в последние несколько лет.

Наблюдения за гораздо более старыми остатками сверхновых, такими как Крабовидная туманность, подтверждают, что во многих из этих остатков находятся нейтронные звезды. Однако до сих пор не наблюдалось никаких прямых свидетельств существования нейтронной звезды после SN 1987A (или любого другого подобного недавнего взрыва сверхновой).

Клаас Франссон из Стокгольмского университета и ведущий автор этого исследования объясняет: «Из теоретических моделей SN 1987A десятисекундный всплеск нейтрино, наблюдаемый непосредственно перед сверхновой, предполагает, что в результате взрыва образовалась нейтронная звезда или чёрная дыра. Но мы не наблюдали каких-либо убедительных признаков такого новорождённого объекта в результате взрыва сверхновой. Вместе с Уэббом мы теперь нашли прямые доказательства эмиссии, вызванной новорождённым компактным объектом, скорее всего, нейтронной звездой».

Телескоп Джеймс Уэбб начал научные наблюдения в июле 2022 года, а наблюдения, лежащие в основе этой работы, были проведены 16 июля, в результате чего остаток SN 1987A стал первым объектом, наблюдаемым Уэббом.

Команда учёных использовала режим спектрографа среднего разрешения (MRS) прибора MIRI Уэбба, в разработке которого участвовали члены той же команды. MRS — это тип прибора, известный как интегральный полевой блок (IFU). IFU способны одновременно отображать объект и снимать его спектр. Прибор фиксирует спектр каждого пикселя, позволяя наблюдателям видеть спектроскопические различия по всему объекту. Спектральный анализ результатов показал сильный сигнал, обусловленный ионизированным аргоном из центра выброшенного материала, который окружает исходное место SN 1987A.

Последующие наблюдения с использованием режима IFU NIRSpec (ближнего инфракрасного спектрографа) Уэбба на более коротких длинах волн показали более сильно ионизированные [4] химические соединения, включая пятикратно ионизированный аргон (то есть атомы аргона, потерявшие пять из своих 18 электронов).

Для формирования таких ионов требуются высокоэнергетические фотоны, и эти фотоны должны откуда-то прийти. «Чтобы создать эти ионы, которые мы наблюдали в выбросах, было ясно, что в центре остатка SN 1987A должен быть источник высокоэнергетического излучения», — сказал Клаас Франссон. «В статье мы обсуждаем различные возможности, обнаруживая что вероятны лишь несколько сценариев, и все они связаны с новорождённой нейтронной звездой».

СЛЕВА: Изображение SN 1987A, сделанное в 2023 году NIRCam (ближней инфракрасной камерой Уэбба), на котором выделена центральная структура объекта, расширяющаяся со скоростью несколько тысяч км / с. Синяя область — самая плотная часть комковатого выброса, содержащая тяжёлые элементы, такие как углерод, кислород, магний и железо, а также пыль. Яркое ‘жемчужное кольцо’ является результатом столкновения выброшенного вещества с кольцом газа, выброшенным примерно за 20 000 лет до взрыва. Теперь пятна обнаруживаются даже снаружи кольца с окружающим его рассеянным излучением. Это места ударов сверхновой, поражающих больше внешнего материала звезды-прародительницы. Внешний выброс теперь освещается рентгеновскими лучами от столкновения, в то время как внутренний выброс питается в основном радиоактивностью и предполагаемым компактным объектом.

СПРАВА: Международная группа астрономов в настоящее время использовала два прибора Уэбба для изучения выбросов из ядра SN 1987A. На верхнем изображении представлены данные, полученные в режиме MRS (спектрограф среднего разрешения) прибора MIRI (прибор среднего инфракрасного диапазона). На нижнем изображении представлены данные, полученные с помощью NIRSpec (спектрографа ближнего инфракрасного диапазона) на более коротких длинах волн. Спектральный анализ результатов MIRI показал сильный сигнал из-за ионизированного аргона из центра выброшенного материала, который окружает исходное место SN 1987A. Данные NIRSpec обнаружили еще более сильно ионизированные химические соединения, в частности, аргон (имеются в виду атомы аргона, потерявшие пять из своих 18 электронов). Слабые линии ионизированной серы также были обнаружены с помощью MIRI. Это указало научной группе на наличие источника высокоэнергетического излучения в центре остатка SN 1987A, освещающего почти точечную область в центре. Наиболее вероятным источником считается недавно родившаяся нейтронная звезда. © NASA, ESA, CSA, STScI, and C. Fransson (Stockholm University), M. Matsuura (Cardiff University), M. J. Barlow (University College London), P. J. Kavanagh (Maynooth University), J. Larsson (KTH Royal Institute of Technology)

В этом году запланированы новые наблюдения SN 1987A с помощью телескопов Уэбба и наземных телескопов. Исследовательская группа надеется, что продолжающееся исследование даст больше ясности в отношении того, что именно происходит в сердце остатка сверхновой.

Ученые надеются, что эти наблюдения будут стимулировать разработку более детальных моделей [5], что в конечном итоге позволит лучше понять не только SN 1987A, но и все сверхновые с коллапсом ядра.

Примечания.

[1] Сверхновые типа II отличаются от сверхновых типа Ia наличием водорода в их спектрах. Обычно они возникают в результате коллапса ядра умирающей массивной звезды, масса которой в 8–25 раз превышает массу нашего Солнца. Сверхновые с коллапсом ядра черпают свою энергию из гравитационной потенциальной энергии и создают и высвобождают гораздо больше нейтрино, чем другой механизм, вызывающий сверхновые. Около 99,6 % энергии выделяется в виде нейтрино, тогда как большая часть остальной энергии выделяется в виде кинетической энергии и лишь незначительная часть — в виде света. Тем не менее, они могут быть такими же яркими, как целая галактика.

[2] Нейтрино — это беззарядный тип субатомных частиц. Они чрезвычайно малы по массе (примерно в 500 000 раз меньше массы электрона). Они очень слабо взаимодействуют с другой материей, поэтому их чрезвычайно сложно обнаружить. Нейтрино производятся в изобилии в сверхновых с коллапсом ядра, отсюда и связь между наблюдаемым взрывом нейтрино и сверхновой SN 1987A.

[3] Компактные объекты в астрономии представляют собой чрезвычайно плотные остатки звёзд, включая белые карлики, нейтронные звезды и черные дыры. Ядро нейтронной звезды настолько плотное, что одна чайная ложка нейтронного материала весит более трёх миллиардов тонн.

[4] Ионизация происходит, когда атом или молекула приобретает или теряет электроны, которые придают им общий электрический заряд. Обычно это происходит в результате столкновений с другими частицами или присутствия так называемого ионизирующего излучения, такого как рентгеновские лучи и некоторое ультрафиолетовое излучение.

[5] Модели — это упрощённые теоретические представления поведения объектов или систем, которые позволяют учёным предсказывать и объяснять наблюдения. Они могут быть построены на математических, химических и физических принципах. В астрономии, как и во всех науках, модели и наблюдения используются для развития и уточнения нашего понимания того, как всё работает.

Источник: https://ab-news.ru/nejtronnaya...

В.К. Главная ошибка наших модельных представлений заключается в том, что несколько не верно понимаем как чёрные дыры, так и, собственно, частицы, которые мы же сами и окрестили элементарными, и, собственно то, что мы окрестили как пространство-время, которое следовало бы назвать пространством отношений в хаосе - как множестве возможного, о чём я ранее немного писал.