Этот подвиг является одной из основных целей миссии NASA NuSTAR, запущенной в июне 2012 года, для измерения высокоэнергетического рентгеновского излучения взрывающихся звезд или сверхновых и черных дыр, включая массивную черную дыру в центре нашей Галактики Млечный Путь. .Команда NuSTAR сообщила в выпуске журнала Nature на этой неделе о первой карте титана, выброшенной из ядра звезды, взорвавшейся в 1671 году. В результате этого взрыва образовался красивый остаток сверхновой, известный как Кассиопея A (Cas A).
Хорошо известный остаток сверхновой был сфотографирован многими оптическими, инфракрасными и рентгеновскими телескопами в прошлом, но они показали только то, как обломки звезды столкнулись в ударной волне с окружающим газом и пылью и нагрели их. NuSTAR подготовила первую карту высокоэнергетического рентгеновского излучения материала, созданного в фактическом ядре взрывающейся звезды: радиоактивного изотопа титана-44, который образовался в ядре звезды при коллапсе в нейтронную звезду или черную дыру. . Энергия, высвободившаяся при коллапсе ядра сверхновой звезды, оторвалась от внешних слоев звезды, и с тех пор обломки этого взрыва расширяются наружу со скоростью 5000 километров в секунду.«Это наблюдение было святым Граалем для астрофизики высоких энергий на протяжении десятилетий», — сказал соавтор и исследователь NuSTAR Стивен Боггс, профессор Калифорнийского университета в Беркли и заведующий кафедрой физики. «Впервые мы можем отобразить радиоактивное излучение в остатке сверхновой, что позволяет нам исследовать фундаментальную физику ядерного взрыва в сердце сверхновой, как никогда раньше».«Сверхновые создают и выбрасывают в космос большинство элементов, которые важны для жизни, какой мы ее знаем», — сказал профессор астрономии Калифорнийского университета в Беркли Алекс Филиппенко, не входивший в команду NuSTAR. «Эти результаты впечатляют, потому что мы впервые получаем информацию о внутренностях этих взрывов, где на самом деле образуются элементы».
Боггс говорит, что эта информация поможет астрономам построить трехмерные компьютерные модели взрывающихся звезд и, в конечном итоге, понять некоторые загадочные характеристики сверхновых, такие как струи вещества, выбрасываемые некоторыми из них. Предыдущие наблюдения Cas A с помощью рентгеновского телескопа Chandra, например, показали струи кремния, выходящие из звезды.«Звезды представляют собой сферические шары из газа, и поэтому вы можете подумать, что, когда они закончат свою жизнь и взорвутся, этот взрыв будет выглядеть как однородный шар, расширяющийся с огромной силой», — сказала Фиона Харрисон, главный исследователь NuSTAR в Калифорнийском институте. технологии. «Наши новые результаты показывают, как сердце взрыва, или двигатель, искажено, возможно, потому, что внутренние области буквально плещутся перед тем, как взорваться».
Расширяющийся остаток сверхновойCas A находится примерно в 11 000 световых лет от Земли и является наиболее изученным ближайшим остатком сверхновой. За 343 года, прошедшие с момента взрыва звезды, обломки взрыва расширились примерно до 10 световых лет в поперечнике, существенно увеличивая картину взрыва, так что их можно увидеть с Земли.Предыдущие наблюдения нагретого ударом железа в облаке обломков привели некоторых астрономов к мысли, что взрыв был симметричным, то есть одинаково мощным во всех направлениях.
Однако Боггс отметил, что происхождение железа настолько неясно, что его распределение может не отражать характер взрыва в ядре.«Мы не знаем, было ли железо образовано в результате взрыва сверхновой звезды, было ли оно частью звезды, когда оно первоначально сформировалось, было ли оно просто в окружающем материале, или даже если железо, которое мы видим, представляет собой фактическое распределение железа. — сказал он.
Новая карта титана-44, которая не соответствует распределению железа в остатке, убедительно свидетельствует о том, что внутри есть холодное железо, которое Чандра не видит. По словам физика-исследователя из Калифорнийского университета в Беркли Андреаса Зоглауэра, железо и титан производятся в одном и том же месте звезды, поэтому они должны быть одинаково распределены во взрывоопасных обломках.«Удивительная вещь, о которой мы подозревали все время, заключается в том, что железо вообще не соответствует титану, поэтому железо, которое мы видим, не отображает распределение элементов, произведенных в ядре взрыва», — сказал Боггс.Он и его коллеги из Калифорнийского университета в Беркли также запускают детекторы высокоэнергетического рентгеновского и гамма-излучения на воздушных шарах, чтобы регистрировать радиоактивный распад других элементов, включая железо, в сверхновых, чтобы узнать больше о ядерных реакциях, которые происходят во время этого краткого обзора. катастрофические взрывы.
«Радиоактивные ядра действуют как зонд взрыва сверхновых и позволяют нам непосредственно видеть плотности и температуры ядерных процессов, к которым у нас нет доступа в наземных лабораториях», — сказал Боггс.NuSTAR продолжает наблюдать выбросы радиоактивного титана-44 от нескольких других остатков сверхновых, чтобы определить, сохраняется ли картина и для других сверхновых. Эти остатки сверхновой должны быть достаточно близко к Земле, чтобы можно было увидеть структуру обломков, но достаточно молоды, чтобы радиоактивные элементы, такие как титан, у которого период полураспада 60 дней, все еще испускали высокоэнергетические рентгеновские лучи.Эта работа проводилась при поддержке NASA № NNG08FD60C и использовала данные миссии Nuclear Spectroscopic Telescope Array (NuSTAR), проекта под руководством Калифорнийского технологического института, управляемого Лабораторией реактивного движения и финансируемого Национальным управлением по аэронавтике и исследованию космического пространства.
Менеджер по приборам NuSTAR Уильям Крейг из Лаборатории космических наук Калифорнийского университета в Беркли также является соавтором статьи в журнале Nature. Зоглауэр провел компьютерное моделирование детекторов NuSTAR перед запуском и продолжает отслеживать радиоактивный фон в детекторах для корректировки наблюдений.