На первый взгляд наше Солнце может показаться довольно «внушительным»: его масса в 330 тыс раз больше массы Земли. Солнцем представлено порядка 99,86% от общей массы Солнечной системы. Наша звезда производит приблизительно 400 трлн триллионов Ватт мощности в секунду, а температура её поверхности составляет 10 000 С. Тем не менее, для звезды — это далеко не самые высокие показатели.
Реальные космические гиганты — это звезды Вольфа-Райе, масса которых более чем в 20 раз больше массы Солнца, а их поверхность по меньшей мере в 5 раз горячее солнечной. Ввиду того, что звезды этого класса встречаются крайне редко и, как привило, скрываются от глаз астрономов, учёным не известно о том, как именно они формируются, живут и умирают. Но эта ситуация довольно быстро меняется благодаря инновационному обзору неба, получившему название intermediate Palomar Transient Factory (iPTF), который использует ресурсы National Energy Research Scientific Computing Center (NERSC) и Energy Sciences Network (ESnet). И NERSC и ESnet расположены в Национальной лаборатории им. Лоуренса в Беркли (Lawrence Berkeley National Laboratory — Berkeley Lab) и используются для исследования быстротечных космических событий, таких как взрывы сверхновых звезд.
Впервые в истории астрономических наблюдений учёные получили прямое подтверждение того, что звезда класса звёзд Вольфа-Райе, расположенная в 360 млн световых лет от Земли в созвездии северного полушария неба Волопас, «умерла» в мощном взрыве, известном как сверхновая звезда типа IIb. Используя iPTF, исследователи Института имени Вейцмана (Weizmann Institute of Science), расположенного в Израиле, во главе с Avishay Gal-Yam зафиксировали сверхновую SN 2013cu через несколько часов после её взрыва. Для наблюдения за событием спустя 5, 7 и 15 часов после «самоликвидации» звезды, были задействованы космические телескопы и обсерватории наземного базирования. Полученные наблюдения содержат ценнейшую информацию о жизни и смерти «прародителя» сверхновой типа IIb — звезды Вольфа-Райе.
По словам астрофизика Gal-Yam из Department of Particle Physics and Astrophysics Института имени Вейцмана, недавно разработанные методы астрономических наблюдений вызволяют изучать взрывы звезд способами, о которых учёные ранее могли только мечтать. Gal-Yam является ведущим автором недавно опубликованной в журнале «Nature» статьи, посвящённой открытию.
Это открытие — «дымящийся пистолет», отмечает Peter Nugent, возглавляющий Berkeley Lab’s Computational Cosmology Center (C3). По его словам, впервые учёные могут с уверенностью сказать, что «предшественниками» сверхновых звезд типа IIb являются звезды Вольфа-Райе.
Профессор астрономии Alex Filippenko из UC Berkeley вспоминает, что когда он идентифицировал первого «представителя» сверхновых звезд типа IIb. Он не скрывает, что мечтал, чтобы когда-нибудь кто-то смог определить, звезда какого вида взорвалась. Filippenko отмечает, что теперь можно с уверенностью заявить, что именно звезды Вольфа-Райе ответственны, по крайне мере в некоторых случаях, за формирование сверхновых типа IIb. Filippenko и Nugent являются соавторами научной публикации в «Nature».
Некоторые сверхмассивные звезды становятся звёздами Вольфа-Райе на заключительных этапах жизненного цикла. Учёные считают эти звезды весьма интересными в научном плане, потому что они обогащают галактики тяжёлыми химическими элементами, которые в конечном итоге становятся «стандартными блоками» для формирования планет и жизни на них.
Все звезды, в независимости от размеров, на протяжении всей своей жизни «плавят» водородные атомы для получения гелия. Чем больше масса звезды, чем большей гравитацией она обладает. Именно гравитация ускоряет синтез в ядре звезды, в результате которого генерируется энергия, способная противодействовать гравитационному «коллапсу». Когда запасы водорода в ядре заканчиваются, сверхмассивная звезда продолжает «плавить» некоторые более тяжёлые элементы, такие как углерод, кислород, натрий, магний, неон и некоторые другие до тех пор, пока ядро не превращается в кусок железа. В этот момент атомы уплотняются настолько, что сплав уже не испускает энергию в звезду. Когда ядро становится достаточно массивным, оно разрушатся. Протоны и электроны сливаются, испуская огромное количество энергии и нейтрино. Это в свою очередь снабжает энергией ударную волну, «изгоняющую» остатки звезды в космос. Примерно так происходит формирование сверхновой звезды.
Фаза Вольфа-Райе происходит перед сверхновой звездой. Поскольку ядерный синтез замедляется, тяжёлые элементы выходят на поверхность, где подвергаются воздействию мощных ветров. Эти ветра разносят огромное количество материала по космическому пространству, скатывая звезду от объективов космических телескопов.
Когда звезда Вольфа-Райе трансформируется в сверхновую звезду, взрыв, как правило, настигает звездный ветер, который стирает всю информацию о прародителе звезды, отмечает Nugent. Ему и его коллегам удалось идентифицировать SN 2013cu до того, как её настиг ветер. Вскоре после того, как звезда взорвалась, произошло высвобождение ультрафиолетовой вспышки от ударной волны, которая нагрелась и озарила ветер.
Прежде чем обломки сверхновой звезды настиг ветер, команда iPTF сумела зафиксировать их лёгкие химические «подписи» (спектры) посредством телескопа Keck telescope на Гавайях. Учёные отчетливо увидели признаки, присущие звездам Вольфа-Райе. Когда команда iPTF проводила наблюдения спустя 15 часов после взрыва уже с помощью спутника NASA «Swift», сверхновая все ещё была достаточно горячей и испускала ультрафиолетовое излучение. На протяжение нескольких последующих дней команда объединила все телескопы мира, дабы провести наблюдения за тем, как сверхновая врезается в материал, ранее изгнанный из звезды. Анализ позволил установить, что SN 2013cu относится к сверхновым звездам типа IIb. На это указывали слабые «подписи» водорода и ярко выраженное присутствие гелия в спектре, появившиеся после того как сверхновая остыла.
