Астрономы, используя Очень Большой Телескоп Европейской южной обсерватории (ESO VLT), впервые зафиксировали момент начала взрыва сверхновой, когда ударная волна прорывалась сквозь её поверхность. Эти беспрецедентные наблюдения позволили определить истинную форму взрыва на его самой ранней стадии, которая длится менее суток. Долгое время учёные стремились увидеть этот критический момент, чтобы понять, как массивные звёзды завершают свою жизнь в виде сверхновых.
Сверхновая SN 2024ggi была впервые обнаружена в ночь на 10 апреля 2024 года. Ведущий автор исследования И Ян, доцент Университета Цинхуа, оперативно отреагировал на открытие. Всего через 12 часов он направил запрос на наблюдения в ESO, который был быстро одобрен. Уже 11 апреля, спустя лишь 26 часов после первоначального обнаружения, телескоп VLT в Чили приступил к наблюдениям этого события.
Сверхновая расположена в галактике NGC 3621, в созвездии Гидры, на расстоянии примерно 22 миллионов световых лет. Для астрономов это достаточно близко, чтобы детально изучить взрыв. Международная команда, используя VLT и специализированные приборы, зафиксировала раннее развитие события. Дитрих Бааде, астроном ESO и соавтор исследования, опубликованного 12 ноября в журнале Science Advances, отмечает: «Первые наблюдения VLT зафиксировали фазу, когда вещество, ускоренное взрывом около центра звезды, прорвалось сквозь её поверхность. В течение нескольких часов геометрия звезды и её взрыва могла быть и была изучена одновременно».
И Ян поясняет, что «геометрия взрыва сверхновой предоставляет фундаментальную информацию о звёздной эволюции и физических процессах, приводящих к этим космическим фейерверкам». Учёные всё ещё исследуют точные механизмы, приводящие к взрывам массивных звёзд — тех, что превышают Солнце по массе более чем в восемь раз. SN 2024ggi изначально была красным сверхгигантом с массой от 12 до 15 солнечных масс и радиусом в 500 раз больше солнечного. Это делает её идеальным примером массивной звезды, приближающейся к концу своего жизненного цикла.
На протяжении большей части своей жизни звезда сохраняет стабильную сферическую форму благодаря балансу между гравитацией, сжимающей её внутрь, и давлением ядерного синтеза, выталкивающим вещество наружу. Когда звёздное топливо исчерпывается, этот баланс нарушается. Ядро коллапсирует, внешние слои устремляются внутрь, а затем отскакивают от плотного центра. Этот отскок порождает ударную волну, которая движется наружу, в конечном итоге разрывая звезду. Как только ударная волна достигает поверхности, высвобождается огромное количество энергии, и сверхновая становится видимой. В этот короткий промежуток времени, до того, как взрыв начнёт взаимодействовать с окружающим веществом, астрономы могут изучить изначальную форму прорыва.
Для регистрации этой ранней структуры учёные применили метод спектрополяриметрии. Лифан Ван, соавтор и профессор Техасского университета A&M, поясняет: «Спектрополяриметрия предоставляет информацию о геометрии взрыва, которую невозможно получить другими методами наблюдений из-за крайне малых угловых масштабов». Частицы света — фотоны — обладают свойством поляризации. У сферических объектов, как большинство звёзд, поляризация отдельных фотонов компенсируется, и общая поляризация объекта равна нулю. Однако, если астрономы измеряют ненулевую общую поляризацию, они могут использовать это для определения формы излучающего свет объекта, будь то звезда или сверхновая. Несмотря на то что взрывающаяся звезда выглядит как единая точка света, поляризация её излучения содержит едва уловимые сигналы о форме взрыва, которые команда успешно расшифровала.
Инструмент FORS2 телескопа VLT — единственное такое оборудование в южном полушарии, способное проводить подобные измерения — показал, что первый выброс вещества имел форму, напоминающую оливку. По мере расширения и взаимодействия с окружающим звезду материалом форма взрыва становилась более плоской, но ось симметрии оставалась неизменной. И Ян отмечает, что «эти результаты указывают на общий физический механизм, который вызывает взрыв многих массивных звёзд, проявляющийся в чётко выраженной осевой симметрии и действующий в больших масштабах».
Полученные данные позволяют учёным исключить некоторые существующие модели и уточнить другие, углубляя наше понимание гибели массивных звёзд. Соавтор исследования и астроном ESO Фердинандо Патат подчёркивает: «Это открытие не только меняет наше представление о звёздных взрывах, но и демонстрирует, чего можно достичь, когда наука преодолевает границы». Исследование было опубликовано в журнале Science Advances. В состав международной команды вошли учёные из различных институтов, включая Университет Цинхуа, Техасский университет A&M и Европейскую южную обсерваторию.
