Сверхновые типа Ia играют уникальную роль в астрономии и космологии, служа как «стандартные свечи» для измерения расстояний во Вселенной. На протяжении многих десятилетий астрономы использовали их постоянную яркость для оценки скорости расширения пространства и обнаружения феномена темной энергии. Однако природа запускающих механизмов таких мощных взрывов оставалась предметом дебатов. Традиционная точка зрения объясняет возникновение таких сверхновых через слияния белых карликов или накопление массы белым карликом у пределы Чандрасекара, максимально возможной массы для поддержания устойчивости. Недавно появились убедительные доказательства альтернативного механизма — двойного детонирования, который может вступать в игру даже при меньшей массе белого карлика.
Белые карлики — это конечная стадия эволюции звезд, схожих по массе с Солнцем. После того как звездные запасы водорода и гелия исчерпываются, эти звезды превращаются в плотные «углеродно-кислородные» объекты, которые уже не способны поддерживать реакции ядерного синтеза. Тем не менее, в системах двойных звезд белый карлик может взаимодействовать с компаньоном, получая дополнительный материал, способный запустить процессы слияния и взрыва. Существует две классические модели. Первая — аккумулирование массы за счет приема вещества с компаньона, такого как сильно раздувшаяся гигантская звезда, что приводит к преодолению критической массы, и, наконец, к детонации.
Вторая связана с слиянием двух белых карликов, при этом их общий массив достигает или превышает предел Чандрасекара, инициируя взрыв. Оба сценария демонстрируют, как белый карлик может обрести массу, необходимую для критического запуска термоядерной лавины. Но эти механизмы не всегда объясняют частоту и разнообразие наблюдаемых сверхновых типа Ia. Поэтому ученые заинтересовались идеей, что взрыв может произойти раньше, не дожидаясь достижения классического порога массы. Теория двойного детонирования предлагает, что невзрачный, но мощный взрыв гелиевого слоя на поверхности белого карлика способен сжать внутренний углеродно-кислородный ядро до плотности и температуры, необходимых для повторного запуска термоядерного синтеза.
Первый из двух этапов — детонация накопленного гелия — генерирует ударную волну, проникающую вниз и вызывающую второй, более мощный взрыв в ядре белого карлика. Отсюда и название — двойное детонирование. Основное преимущество этой модели — возможность взрыва белого карлика с массой меньше верхнего предела, заложенного в предыдущих теориях. Это меняет наше понимание разнообразия сверхновых и их яркости, что важно для точности космологических измерений. Один из ключевых аспектов двойного детонирования — характерные ядерные продукты, формирующиеся в процессе взрыва.
Два этапа включают слияние разных элементов, что приводит к образованию различных химических слоев в расширяющемся остатке сверхновой. Особое внимание ученые уделяют кальцию, который может синтезироваться как в гелиевом внешнем слое, так и в основном углеродно-кислородном ядре. Благодаря разнице в месте и времени образования кальция, остаток сверхновой, по моделям, должен содержать сразу несколько оболочек этого элемента, разделенных слоями других элементов, таких как сера. Эти слои со временем разлетаются на значительные расстояния, делая их доступными для спектроскопического анализа с Земли. Недавно команда астрономов провела исследование остатка сверхновой SNR 0509-67.
5 в Большом Магеллановом Облаке. Возраст остатка — более 300 лет, что дало достаточно времени для пространственного разделения слоев. Используя спектрограф на Очень Большом Телескопе (VLT), ученые обнаружили целостную структуру, где кальциевые слои формируют «бутерброд» с серой в середине, полностью соответствующую предсказаниям двойной детонации. Этот факт является мощным подтверждением модели и указывает на то, что масса белого карлика перед взрывом была около массы Солнца, а взрыв спровоцировал детонационный процесс в гелиевой оболочке, составлявшей около трех процентов солнечной массы. Потенциальные последствия открытия двойного детонирования глубоки.
Прежде всего, они влияют на наше понимание однородности типа Ia сверхновых. Если взрывы могут происходить при разных масcах и с различным весом гелиевых оболочек, то и их яркость может варьироваться, что нужно учитывать при использовании этих сверхновых в качестве космологических индикаторов. Более того, в системах, где присутствует второй близкий белый карлик, взрыв одного объекта способен спровоцировать детонацию в соседнем, создавая сложные, трудноразличимые события. Это усложняет интерпретацию наблюдений и требует более детального компьютерного моделирования всего процесса. Данная теория не только углубляет знания о физических процессах в белых карликах и их взрывах, но и расширяет горизонты исследований в области звездной эволюции, ядерного синтеза и космологии.
Кроме того, понимание механизмов двойного детонирования будет иметь значение для будущих миссий и наблюдений, направленных на точное измерение расширения Вселенной и познания загадочной темной энергии. Таким образом, открытие двойного слоя кальция в остатках сверхновой SNR 0509-67.5 и подтверждение модели двойного детонирования показывают, что вселенная скрывает еще множество тайн. Продолжение исследований позволит раскрыть новые детали жизни и смерти звезд и даст ответ на долгожданный вопрос о том, как именно происходит разрушение белых карликов в огненных вспышках сверхновых типа Ia.
