Массивные звезды живут, по сути, как ядерные реакторы: в их ядрах идет последовательность термоядерных циклов. Сначала водород превращается в гелий, затем — в углерод, после чего в дело вступают только самые тяжелые светила, которые проходят стадии горения неона, кислорода, кремния и в финале накапливают железо. Каждый следующий цикл идет все быстрее: если водородная стадия длится миллионы лет, то кремниевая — считанные дни. В результате внутренняя часть звезды становится похожа на луковицу с концентрическими слоями разных элементов.
Параллельно звезда теряет вещество вместе с мощным звездным ветром. Соответственно, на каждом цикле образуются расширяющиеся оболочки газа с разным химическим составом. Когда в ядре накапливается железо, дальнейший коллапс неизбежен: слияние ядер железа не выделяет энергию, а поглощает ее, и звезда больше не может противостоять гравитации. Ядро стремительно схлопывается, затем «отскакивает» — возникает взрыв сверхновой с коллапсом ядра. Ударная волна «подсвечивает» ранее выброшенные оболочки, и мы видим их спектр.
До сих пор во всех подобных сверхновых удавалось наблюдать в основном внешние слои — богатые водородом, гелием или углеродом. Более глубокие неоновые, кислородные и кремниевые оболочки формируются за годы или даже месяцы до взрыва и просто не успевают отлететь далеко от звезды, оставаясь скрытыми.
SN 2021yfj, которую описали научный сотрудник Северо-Западного университета в США Стив Шульце и его коллеги, стала редчайшим исключением. Анализ света этой сверхновой показал: вещество во внешней зоне взрыва соответствует именно кремниевому слою — последнему перед железным ядром. Это означает, что к моменту катастрофы звезда была буквально «ободрана» до самых внутренних слоев. Ее звездный ветер или какой-либо иной процесс должны были снять не только водород и гелий, но и все промежуточные оболочки вплоть до кремниевой — причем за очень короткий, по астрономическим меркам, срок.
Объяснить настолько глубокое «обнажение» звезды обычным звездным ветром трудно. Самая вероятная версия — участие компаньона: близкий спутник звезды мог своей гравитацией быстро сорвать внешние слои, вплоть до глубинных. Такие сценарии «обдирания» в тесных бинарных системах давно обсуждаются в теории, и SN 2021yfj дает редкое наблюдательное подтверждение этой гипотезе.
Почему все это важно? Потому что именно в недрах таких звезд и в их взрывах куется значительная часть известных нам химических элементов. Легкие — например, углерод и азот, отдают Вселенной звезды солнечного типа, самые тяжелые — такие как золото — рождаются при слияниях нейтронных звезд. Но кислород, неон, магний, сера и многие другие элементы — продукты именно коллапса ядер сверхновых.
То, какие звезды и как именно взрываются, какие слои успевают выбросить в межзвездное пространство, определяет химический состав будущих поколений звезд, планет и, в конечном счете, живых организмов. В молодой Вселенной необычных элементов было гораздо меньше: звезды горели иначе, планеты могли формироваться реже или совсем по другим сценариям. Поэтому наблюдения за такими звездами, как SN 2021yfj помогают уточнить, как именно шли эти процессы и почему наш мир сегодня устроен именно так, а не иначе.
Ранее ученые описали уникальный взрыв сверхновой, после которого не осталось вообще ничего.
Источник: hi-tech.mail.ru