Самые яркие объекты Вселенной в трех интерактивных измерениях

Взрывы сверхновых оставляют после себя газопылевые туманности фантастической красоты — все помнят их фотографии, сделанные «Хабблом» и другими телескопами.

А хотели бы вы добраться до сверхновых, чтобы заглянуть внутрь и увидеть, как происходит взрыв? Приглашаем вас в это небольшое путешествие: методы трехмерной визуализации позволили астрономам воссоздать эти объекты в виртуальном пространстве. Итак, в путь.

Астрономы придумывают все новые способы изучать космические объекты. В частности, чтобы преодолеть «однобокость» астрономических наблюдений, из-за которой все источники излучения видны только в двумерной проекции на плоскость неба, и были разработаны методы трехмерной визуализации.

Они основаны на том, что подробный анализ полученных данных зачастую позволяет восстановить геометрию, скорость и другие параметры излучающего тела.

Особый интерес такие модели представляют для наиболее экстремальных объектов, в которых наблюдаются резкие изменения физических характеристик в пространстве и времени. Часто такие источники лучше всего видны в коротковолновой части спектра, например в рентгеновских лучах.

Ученые используют подобные модели для лучшего понимания происходящих процессов, но ими можно полюбоваться и сугубо с эстетической точки зрения. Ниже представлены шесть трехмерных визуализаций, сделанных по данным космической обсерватории Chandra и других подобных инструментов.

Главные герои этого материала на снимках с космических телескопов «Хаббл», «Спитцер» и других инструментов. Слева направо и сверху вниз: остаток сверхновой 1006 года, сверхновой 1987А в Магеллановом Облаке, Кассиопеи А, новой U Скорпиона, сверхновой Тихо Браге и джетов объекта DG Тельца

Chandra была запущена в 1999 году и стала третьей в серии «Больших обсерваторий» NASA, созданных на рубеже веков. Она работает с длинами волн от 0,12 до 12 нанометров (энергии фотонов от 0,1 до 10 килоэлектронвольт) и обладает рекордным для рентгеновского диапазона угловым разрешением в 0,5 секунд дуги.

Несмотря на солидный для космического аппарата возраст, Chandra продолжает работать и добывать новые данные для ученых.

Данные визуализации были созданы астрофизиком Сальваторе Орландо (Salvatore Orlando) из итальянского Национального астрофизического института.

Сальваторе специализируется на ресурсоемких численных моделях в контексте астрофизики, позволяющих решать задачи, связанные с магнитогидродинамикой плазмы солнечной короны и других светил, протозвездами, новыми и сверхновыми, а также возникновением космических лучей.

DG Тельца

DG Тельца относится к классическим звездам типа T Тельца — молодым объектам не старше нескольких миллионов лет.

Она расположена на расстоянии в 140 парсек от Земли в области звездообразования в созвездии Тельца — там же, где и звезда-прототип всего данного класса переменных. Джеты этого источника наблюдаются до расстояния в тысячи астрономических единиц.

Согласно современным представлениям, этот переменный источник представляет собой еще не вполне сформировавшуюся протозвезду, на которую активно оседает матери, кружащая вокруг нее в виде диска.

Взаимодействие падающего вещества и вращающегося центрального тела приводит к формированию узких струй вещества — джетов, выстреливающих с магнитных полюсов зарождающегося светила. Внутри этих быстрых потоков возникают ударные волны, которые и светят в жестком диапазоне электромагнитного спектра.

Кассиопея A

Массивные звезды заканчивают основной этап своего существования в виде вспышки сверхновой, после которой остается компактный центральный объект (нейтронная звезда или черная дыра), а расширяющаяся оболочка формирует остаток сверхновой.

На коротких радиоволнах Кассиопея A является самым ярким объектом ночного неба. Она находится на расстоянии 3,4 килопарсека в плоскости Млечного Пути, и с Земли видна внутри астеризма из пяти звезд в форме буквы W, по которому созвездие Кассиопеи легко найти на летнем небе Северного полушария.

Считается, что свет от вспышки этой сверхновой достиг нас примерно 300 лет назад, но в записях современников не удается найти подходящих наблюдений.

Так как взрыв не происходит абсолютно симметрично, то и формирующие остаток оболочки оказываются переменной толщины.

Рентгеновские измерения скоростей ионов железа, кремния и серы позволили астрофизикам связать наблюдаемую асимметрию данного остатка сверхновой со сгустками, сформировавшимися вскоре после катастрофического события.

U Скорпиона

Астрономы выделяют класс объектов, называемых новыми, способных становиться в десятки или сотни раз ярче, а затем постепенно угасать к исходным значениям. Сегодня мы знаем, что такие источники не имеют никакого отношения к рождению новых светил, хотя ученые продолжают пользоваться историческим названием.

Новые — это двойные системы из белого карлика и обычной звезды, причем вещество последней постепенно перетекает и накапливается на поверхности более плотного карлика. После достижения критической плотности материя на поверхности такой звезды взрывается, что приводит к резкому скачку светимости.

Повторные новые достаточно редки — U Скорпиона является всего одним из 10 подобных объектов в нашей Галактике. В спокойной состоянии ее звездная величина составляет 18, а во время вспышки достигает 8.

Новая U Скорпиона относится к повторным — она вспыхивает примерно каждые десять лет. Представленная модель воспроизводит распределение вещества спустя 18 часов после вспышки 2010 года.

Эта новая — наиболее подробно изученная, так как к ее вспышке в 2010 году астрономы подготовились заранее. Следующий всплеск активности предсказывается в течение двух лет.

Сверхновая 1006

На этой визуализации представлен остаток сверхновой, чей свет достиг Земли в 1006 году.

SN 1006 вспыхнула в созвездии Волк, которое лучше видно из Южного полушария Земли. Из-за такого положения ее появление осталось практически незамеченным для жителей Европы, но существует множество документальных свидетельств наблюдений объекта на территории Китая, Японии, Междуречья и Египта. Существует также гипотеза, что ее запечатлели на камнях индейцы Северной Америки.

Обильные поиски точечных объектов в области центра взрыва успехом не увенчались, из чего астрономы делают вывод, что скорее всего эту сверхновую породило слияние двух белых карликов.

Подобные модели позволяют ученым лучше понять формирование неоднородностей в расширяющейся оболочке. Точное определение параметров остатка, в свою очередь, позволяет оценить эффективность ускорения частиц космических лучей, многократно отражающихся от ударных волн.

В данном случае в рентгене светится вся оболочка, так как модель описывает первые секунды после взрыва, когда температура вещества измеряется миллионами градусов.

Сверхновая 1987A

В максимуме блеска сверхновая 1987A достигла яркости третьей звездой величины, то есть была уверенно видна невооруженным глазом, несмотря на расположение вне Млечного Пути на расстоянии в 51,7 килопарсека. Считается, что ее предшественницей была звезда в 17 раз массивнее Солнца.

1987A имеет особенное значение для астрономов: это единственная относительно близкая сверхновая, которая была доступна для наблюдений в эпоху крупных телескопов и высокоточных приемников излучения.

Она вспыхнула в 1987 году в Большом Магеллановом Облаке, то есть была видна только из Южного полушария Земли. Близкое расстояние до нас позволяет детальнее изучить этот остаток, благодаря чему можно будет построить еще более точные модели взрывов звезд и финальных стадий их эволюции.

В течение многих лет она была единственным отождествленным внесолнечным источником нейтрино. Активное изучение объекта продолжается и по сей день.

Сверхновая Тихо

Этот источник относится к сверхновым типа Ia, связанным с термоядерной детонацией углерода в белом карлике и последующим полным уничтожением звезды.

Наблюдатели на Земле зафиксировали свет этой вспышки в ноябре 1572 года. Она получила свое широко известное название в честь выдающегося датского астронома XVI века Тихо Браге, наблюдавшего этот объект и подробно описавшего его свойства.

Положение сверхновой Тихо в созвездии Кассиопеи обеспечило ей пристальное внимание со стороны множества наблюдателей по всей Европе. Более того, она была одной из всего лишь восьми вспыхнувших за время существования человеческой цивилизации сверхновых, видимых невооруженным глазом.

На пике светимости она была в несколько раз ярче Сириуса, так что ее трудно было не заметить. Сегодня ее остаток наблюдается во многих диапазонах, а ее точный тип удалось установить благодаря наблюдению светового эха, то есть отраженного от окружающей межзвездной пыли сигнала, достигшего Земли с задержкой более 400 лет.

Данная визуализация реконструирует остаток сверхновой спустя тысячу после взрыва, — то есть в том виде, в каком ее можно будет наблюдать с Земли в 2572 году. Для лучшей видимости четверть оболочки сделана прозрачной.

Оригинал