Разгадка природы сверхновых типа Ia?

На днях появилось сообщение об открытии российского ученого Марата Гильфанова.

"11 февраля работу по определению массы химического элемента нобелия, в которой участвовали российские учёные из ОИЯР в Дубне, опубликовал авторитетный журнал Nature. В новом выпуске журнала вышла статья российского астрофизика, ведущего научного сотрудника Института космических исследований РАН Марата Гильфанова. Ему удалось опровергнуть один из предполагаемых механизмов образования сверхновых типа Ia."

<Последние 25 лет любая статья по сверхновым Ia начиналась с того, что есть две модели. Наши результаты позволяют понять, какая из них работает и объясняет как минимум 95 процентов наблюдаемых сверхновых в старых (эллиптических) галактиках, где нет активного звездообразования>, — говорит Марат Гильфанов.

Аккреция (перетекание) вещества звезды-компаньона на белый карлик длится миллионы лет и сопровождается мощным рентгеновским излучением. Напротив, заметное электромагнитное излучение при слиянии двух карликов может возникнуть лишь непосредственно перед взрывом сверхновой. Это различие даёт возможность понять, какой из сценариев — аккреция или слияние — действительно реализуется.

В аккреционном сценарии можно представить<море>из тысяч белых карликов в галактике, которые перетягивают вещество своих соседей по двойной звездной системе и медленно увеличивают свою массу. Результат — рентгеновское свечение, излучаемое галактикой и регистрируемое на Земле. Учёные проанализировали его интенсивность от 6-ти эллиптических галактик, в том числе Туманности Андромеды. Для этого они наблюдали за звездным небом с помощью орбитального телескопа Chandra (США), а также использовали его архивные данные. Затем исследователи рассчитали, каким должен быть рентгеновский фон от всех аккрецирующих карликов в каждой из галактик (их количество можно оценить, зная, что взрыв сверхновой Ia в эллиптической галактике происходит раз в 50-100 лет) и сравнили расчёт с наблюдением. Оказалось, что теоретические данные завышены в 30-50 раз. Иными словами, если бы все сверхновые получались из<карликов>, на которые перетекает вещество со звезды-компаньона, то галактики были бы в 50 раз ярче, чем они есть на самом деле. Таким образом, аккреционный сценарий не согласуется с<экспериментом>. То есть, лишь несколько процентов сверхновых могут быть вызваны перетеканием к белому карлику звёздного вещества.

Пока единственной альтернативой аккреционому сценарию остаётся слияние двух белых карликов. До недавнего времени этот сценарий был менее вероятным — результаты расчётов взрывов сверхновых не совпадали с наблюдениями. Более корректные вычисления, которые примирили теорию и<эксперимент>, возникли совсем недавно — статья об этом вышла в одном из январских номеров журнала Nature.

Хотелось бы дать несколько комментариев к этому сообщению.

Действительно, для объяснения феномена вспышки сверхновой Ia были предложены два механизма: аккреционный (Шацман, 1955) и механизм слияния белых карликов. Последнее объяснение лет 30 назад выдвинул замечательный советский астрофизик Александр Васильевич Тутуков.

В общем специалисты, разбирающиеся в эволюции двойных звезд, уже давно не сомневаются, что главной причиной вспышек сверхновых типа Ia является именно слияние белых карликов, а не механизм Шацмана.

Для примера приведу расчет 13-летней давности проведенный Вашим покорным слугой с соавторами (Jorgensen, H. E.; Lipunov, V. M.; Panchenko, I. E.; Postnov, K. A.; Prokhorov, M. E., Evolution of Supernova Explosion Rates in the Universe, Astrophysical Journal v.486, p.110, 1997) скорости обоих процессов в типичной эллиптической галактике.
По вертикальной оси показана скорость (число) "взрывов сверхновых" в год, по горизонтальной — время в миллиардах лет. Здесь представленны сверхновые всех типов. Нас же сейчас интересуют сверхновые Ia и два механизма: aic — accretion induced collapse (аккреционный коллапс — механизм Шацмана) и WD — слияние белых карликов (механизм Тутукова).

Из графика полученного с помощью популяционного синтеза двойных звезд (Машина Сценариев) ясно видно, что в современную эпоху — на временах ~ 10 млрд. лет механизм Тутукова в 100 раз более эффективен, чем механизм Шацмана.

Этот расчет основан на общепринятых законах эволюции двойных звезд малой массы и хорошо согласуется с наблюдениями.

Кстати, в спиральных галактиках, где звездообразование идет постоянно, роль механизма Шацмана гораздо выше (читай нашу статью 1997 года).

Однако вернемся к аргументам Гильфанова. Можно ли сказать, что наши мол аргументы тринадцатилетней давности — теоретические, а у Марата — экспериментальные.

Конечно нет. Наши аргументы не являются чисто теоретическими, потому что популяционный синтез проводимый с помощью Машины Сценариев опирается на весь массив наблюдательных данных о двойных звездах. Этот массив настолько велик, что число ученых правильно понимающих популяционный синтез в мире совсем невелико, ибо требует широких астрофизических знаний.

Но метод Гильфанова далек от экспериментального. Казалось бы очевидная логика: нет рентгена, значит нет аккреции, значит не работает механизм Шацмана. Но логика эта сильно хромает, потому что аккреция на белый карлик не всегда сопровождается рентгеновским излучением.

Ответ сильно зависит от многих неизвестных параметров: структуры и величины магнитного поля белого карлика, его скорости вращения,ориентации и т.д. и т.п..

Так что аргумент Гильфанова — это всего лишь аргумент, кстати то же предсказанный нами с помощью Машины Сценариев.

Обозрение "Физические явления на небесах" профессора В.М. Липунова.