Шестнадцать лет тому назад две команды «охотников» за сверхновыми звездами, одну из которых возглавлял Saul Perlmutter из U.S. Department of Energy’s Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab), а вторую — Brian Schmidt of the Australian National University, заявили, что расширению Вселенной свойственно ускорение. За это открытие они были удостоены Нобелевской премии в области физики. Исследователи обеих команд измеряли скорость расширения Вселенной в различные периоды её истории, сравнивая яркость и красные смещения сверхновых типа Iа, считавшихся на тот момент лучшими космологическими «стандартными свечами».
Сверхновые типа Iа характеризуются аномальной яркостью, которая действительно поражает, особенно, если учесть, что они представляют собой «останки» мощнейших термоядерных взрывов белых карликовых звезд. Масса сверхновых этого типа примерно равна массе Солнца, при этом их размеры едва ли превышают размеры Земли. На протяжении длительного времени сверхновые типа Ia используются для измерения космических расстояний.
До недавнего времени учёные полагали, что им известна причина аномального сходства сверхновых звезд типа Ia. Но их предположение было ошибочным.
Астрономы думали, что углеродно-кислородные белые карликовые звезды, которые являются прародителями сверхновых, приобретают дополнительную массу путём «захвата» её у звезды-компаньона либо в результате слияния с другим былым карликом. Считалось, когда масса приближается к пределу Чандрасекара (на 40% больше массы нашего Солнца), термоядерные процессы выходят из-под контроля и происходит взрыв. Ввиду того, что все сверхновые типа Ia по яркости были чрезвычайно похожи, учёные полагали что механизмы их взрывов также идентичны.
По словам космолога Greg Aldering, возглавляющего Nearby Supernova Factory (SNfactory), предел Чандрасекара давно наталкивал космологов на мысль о наиболее вероятной причине того, почему сверхновые типа Ia столько похожи друг на друга, и что ещё более важно – почему они не изменяются в более высоких красных смещениях. Aldering отмечает, что предел Чандрасекара устанавливается квантовой механикой, следовательно, един даже для самых далёких сверхновых звезд.
Однако недавний анализ сверхновых типа Ia, проведением которого руководил Richard Scalzo из Australian National University показал, что диапазон масс сверхновых этого типа намного шире, нежели считалось ранее. Было установлено, что масса большинства сверхновых немного ниже предела Чандрасекара, и лишь 1% сверхновых удается его превысить.
Результаты проведенного анализа будут опубликованы в будущем выпуске «Monthly Notices» Королевского астрономического общества.
По словам Scalzo, весьма проблематично установить предел Чандрасекара для белого карлика. По его мнению, ввиду того, что сверхновые типа возникают в бинарных системах, «должно быть что-то, благодаря которому белый карлик смог быть накопить достаточно массы, дабы произошёл взрыв».
Большинство моделей предполагают, что белый карлик заимствует массу у своего гигантского компаньона. По словам Scalzo, если два белых карлика вращаются друг вокруг друга, они так или иначе столкнутся или сольются. Scalzo характеризует этот процесс как «мучительно медленный».
Scalzo и его коллеги из SNfactory определили энергию взрыва и почти точную массу девятнадцати сверхновых первого типа, 13 их которых были обнаружены SNfactory. Проводились наблюдения посредством спектрографа SNIFS (SuperNova Integral Field Spectrograph).
Извержение сверхновой приводит к практически полному разрушению белого карлика, таким образом самый верный способ установить, сколько материала содержалось в прародителе – это спектрографическим способом «взвесить» изгнанную в результате взрыва массу. Для этого Scalzo использовал многоуровневый состав сверхновой
Видимый свет, исходящий от сверхновой типа Ia, подпитывает Никель-56, образовавшийся в результат сжигания углерода из центра белого карлика. Сразу же после взрыва эта радиация в форме гамма-излучения поглощается внешними слоями – железом и более легкими элементами, такими как кремний и сера, которые, нагреваясь, светятся в длинах волн видимого спектра.
Примерно через 1-2 месяца внешние слои расширяются и рассеиваются. Максимальная яркость сверхновой зависит от того, сколько гамма-излучения поглощается и преобразуется в видимый свет.
Greg Aldering и его коллегами было установлено, что белые карлики, которые превращаются в сверхновые типа Ia характеризуются диапазоном масс. Прародители сверхновых звезд, яркость которых уменьшается довольно быстро, как правило, характеризуются массой, которая меньше предела Чандрасекара.
