Около 11 300 лет назад в созвездии Кассиопеи разыгралось событие космического масштаба. Огромная звезда, находившаяся на грани гибели, начала сбрасывать свои внешние слои, словно готовясь к финальному акту. Итогом стала ярчайшая вспышка — сверхновая Кассиопея A (Cas A), чьи останки сегодня считаются одним из самых изученных объектов во Вселенной.
Новые данные рентгеновского телескопа "Чандра" позволяют учёным заглянуть в последние часы жизни этой звезды и увидеть то, что прежде считалось невозможным.
По оценкам астрофизиков, масса предшественницы Cas A составляла от 15 до 20, а по некоторым версиям — до 30 солнечных масс. Большинство исследователей склоняются к тому, что это был красный сверхгигант, но есть и альтернативные версии: некоторые считают, что звезда принадлежала к классу Вольфа-Райе.
В конечном итоге в её недрах образовалось железное ядро. Железо, в отличие от лёгких элементов, не отдаёт энергию при слиянии, и, когда ядро достигло критической массы, гравитация взяла верх. Звезда не выдержала и коллапсировала, породив колоссальный взрыв. Свет этого события дошёл до Земли примерно в 1660-е годы, хотя письменных свидетельств наблюдений не сохранилось.
Новое исследование, опубликованное в журнале The Astrophysical Journal, объясняет необычные процессы, происходившие в последние часы перед взрывом.
"Похоже, каждый раз, когда мы внимательно изучаем данные "Чандры" по Cas A, мы узнаём что-то новое и интересное", — заявил ведущий автор работы, профессор Университета Мэйдзи в Японии Тосики Сато.
Учёные совместили наблюдения телескопа с компьютерным моделированием и впервые получили прямое свидетельство того, что в момент подготовки к взрыву произошло так называемое "слияние оболочек".
"Наше исследование показывает, что непосредственно перед коллапсом звезды в Cas A часть внутреннего слоя с большим количеством кремния выдвинулась наружу и прорвалась в соседний слой с большим количеством неона", — пояснил Соавтор работы Кай Мацунага из Киотского университета
В результате кремний проникал в зоны, богатые неоном, а неон устремлялся внутрь. Такое взаимопроникновение слоёв вызвало интенсивное перемешивание — небольшие области кремния соседствовали с "островками" неона.
По словам исследователей, этот процесс — финальный этап активности звезды, когда мощные конвективные потоки буквально переписывают внутреннюю структуру.
Ранее считалось, что взрывы сверхновых носят симметричный характер. Но наблюдения за Cas A поставили эту концепцию под сомнение. Учёные обнаружили, что перемешивание слоёв создало асимметрию, которая сохранилась и после взрыва.
"Сосуществование компактных областей выброса как в богатых кислородом и неоном слоях, так и в областях с кремнием показывает: звезда не успела выровнять свою структуру перед коллапсом", — отмечают авторы исследования.
Такое нарушение симметрии может объяснить, почему нейтронные звёзды после взрыва приобретают столь высокие скорости — словно получают мощный "пинок" от асимметричного взрыва.
"Возможно, самым важным следствием этого изменения в структуре звезды является то, что оно могло способствовать самому взрыву", - заявил соавтор работы Хироюки Учида.
Полученные данные дают астрофизикам уникальный шанс заглянуть в самое сердце массивной звезды накануне катастрофы. Исследователи признают: наблюдать этот момент напрямую невозможно, но именно такие открытия помогают понять, от чего зависит судьба звезды и какой след она оставит во Вселенной.