С тех пор, как астрономы стали свидетелями одного из самых ярких взрывов звезды в ночном небе, создавшего сверхновую 1987A (SN 1987A), они искали компактный объект, который должен был образоваться в остатках взрыва.
Поскольку частицы, известные как нейтрино, были обнаружены на Земле в день взрыва (23 февраля 1987 г.), астрономы ожидали, что нейтронная звезда сформировалась в коллапсированном центре звезды. Но когда ученые не смогли найти никаких доказательств существования этой звезды, они начали задаваться вопросом, не превратилась ли она впоследствии в черную дыру. На протяжении десятилетий научное сообщество с нетерпением ждало сигнала от этого объекта, который прятался за очень густым облаком пыли.
"Капля"
Недавно наблюдения с радиотелескопа ALMA дали первое указание на пропавшую нейтронную звезду после взрыва.
На изображениях с очень высоким разрешением был обнаружен горячий «шарик» в пыльном ядре SN 1987A, который ярче, чем его окружение, и соответствует предполагаемому местоположению нейтронной звезды.
«Мы были очень удивлены, увидев эту теплую каплю, образованную толстым облаком пыли в остатке сверхновой», – сказал Микако Мацуура из Кардиффского университета и член команды, которая нашла каплю с помощью ALMA. "В облаке должно быть что-то, что нагревает пыль и заставляет ее сиять. Вот почему мы предположили, что внутри пылевого облака прячется нейтронная звезда."
Несмотря на то, что Мацуура и ее команда были в восторге от этого результата, они задавались вопросом о яркости пятна. «Мы думали, что нейтронная звезда может быть слишком яркой, чтобы существовать, но затем Дэни Пейдж и его команда опубликовали исследование, которое показало, что нейтронная звезда действительно может быть такой яркой, потому что она очень молода», – сказал Мацуура.
Дэни Пейдж, астрофизик из Национального автономного университета Мексики, изучает SN 1987A с самого начала. «Я был на полпути к получению степени доктора философии, когда произошла сверхновая, – сказал он, – это было одно из самых больших событий в моей жизни, которое заставило меня изменить курс моей карьеры, чтобы попытаться разгадать эту загадку. Это было похоже на современный Святой Грааль."
Теоретическое исследование Пейджа и его команды, опубликованное сегодня в The Astrophysical Journal, решительно поддерживает предположение, сделанное командой ALMA, о том, что нейтронная звезда приводит в действие пылевой шарик. «Несмотря на исключительную сложность взрыва сверхновой и экстремальные условия, царящие внутри нейтронной звезды, обнаружение теплого сгустка пыли является подтверждением нескольких предсказаний», – пояснил Пейдж.
Эти предсказания были местоположением и температурой нейтронной звезды. Согласно компьютерным моделям сверхновой, взрыв «отбросил» нейтронную звезду от места ее рождения со скоростью в сотни километров в секунду (в десятки раз быстрее, чем самая быстрая ракета).
Капля находится именно в том месте, где, по мнению астрономов, сегодня была бы нейтронная звезда. А температура нейтронной звезды, которая, согласно прогнозам, составляет около 5 миллионов градусов по Цельсию, дает достаточно энергии, чтобы объяснить яркость капли.
Не пульсар или черная дыра
Вопреки распространенным ожиданиям, нейтронная звезда, скорее всего, не пульсар. «Мощность пульсара зависит от того, насколько быстро он вращается, и от силы его магнитного поля, оба из которых должны иметь очень точно настроенные значения, чтобы соответствовать наблюдениям», – сказал Пейдж, «в то время как тепловая энергия, излучаемая горячей поверхностью молодых людей. нейтронная звезда естественно соответствует данным."
«Нейтронная звезда ведет себя именно так, как мы ожидали», – добавил Джеймс Латтимер из Университета Стоуни-Брук в Нью-Йорке и член исследовательской группы Пейджа.
Латтимер также внимательно следил за SN 1987A, опубликовав до SN 1987A предсказания нейтринного сигнала сверхновой, которые впоследствии соответствовали наблюдениям. "Эти нейтрино предположили, что черная дыра никогда не образовывалась, и, более того, черной дыре трудно объяснить наблюдаемую яркость капли. Мы сравнили все возможности и пришли к выводу, что горячая нейтронная звезда является наиболее вероятным объяснением."
Эта нейтронная звезда представляет собой чрезвычайно горячий шар из сверхплотной материи шириной 25 км.
Чайная ложка этого материала будет весить больше, чем все здания в Нью-Йорке вместе взятые. Поскольку ей может быть всего 33 года, это будет самая молодая нейтронная звезда из когда-либо обнаруженных.
Вторая самая молодая нейтронная звезда, о которой мы знаем, находится в остатке сверхновой Кассиопея А, ей 330 лет.
Только прямое изображение нейтронной звезды может дать определенное доказательство ее существования, но для этого астрономам, возможно, придется подождать еще несколько десятилетий, пока пыль и газ в остатке сверхновой не станут более прозрачными.
Подробные изображения ALMA
Несмотря на то, что многие телескопы сделали изображения SN 1987A, ни один из них не смог наблюдать ее ядро с такой высокой точностью, как ALMA. Более ранние (трехмерные) наблюдения с ALMA уже показали типы молекул, обнаруженные в остатке сверхновой, и подтвердили, что он производит огромное количество пыли.
«Это открытие основано на многолетних наблюдениях ALMA, показывая ядро сверхновой все более и более подробно благодаря постоянным усовершенствованиям телескопа и обработки данных», – сказал Реми Индебету из Национальной радиоастрономической обсерватории и Университета Вирджинии, который был частью команды визуализации ALMA.