Астрономи опублікували дослідження двох залишків наднової, відомих як Туманність Медуза та G189.6+3.3. Попри те, що зараз їх розділяє 40 св. років, ймовірно, колись вони були частиною однієї подвійної системи, кожен із компонентів якої спалахнув як наднова.
Туманності Медуза та G189.6+3.3 пов’язані між собою?
Науковий співробітник на кафедрі фізики Стенфордського університету в Каліфорнії Мілтіадіс Мікаїлідіс зауважив: «Використовуючи 16 років даних з космічного телескопа NASA Fermi Gamma-ray, наш аналіз виявив гамма-промені, пов’язані з залишком наднової, який був прихований у яскравому сяйві його сусідки, Туманності Медузи, одного з найяскравіших гамма-випромінювальних залишків наднових. Є так багато цікавих зв’язків між цими двома залишками, що ми дійшли висновку: вони, ймовірно, пов’язані, що дає нам перший відомий приклад подвійної системи, в якій обидві зорі пройшли через вибух наднової».
Дослідження було зосереджене на слабкому залишку наднової під назвою G189.6+3.3, який переважно видно в рентгенівських променях. Його «затінює» яскравіший і більш відомий об’єкт — Туманність Медуза (IC 443). Обидві зоряні руїни, розташовані в сузір’ї Близнюків, здаються частково перекритими на рентгенівських знімках. Останні рентгенівські дані свідчать, що гаряча плазма, ймовірно, пов’язана з G189.6+3.3, може простягатися на всю область, що натякає на те, що перекриття може бути майже повним.
Велика зоря вибухає, коли енергетичне ядро вичерпує паливо, і колапсує під власною вагою, що спричиняє вибух, який розриває її на частини. Ударна хвиля вибуху створює гарячу хмару уламків, яка швидко розширюється в космос. До цього часу астрономи каталогізували близько 300 залишків наднових у нашій Галактиці. Водночас моделі показують, що їх у Галактиці має бути щонайменше в кілька разів більше, але значна частина залишається невиявленою.
Гамма-промені відповідають за світіння залишків
Місія Фермі є частиною флоту обсерваторій NASA, які спостерігають за космосом, який постіно змінюється, щоб допомогти людству краще зрозуміти, як працює Всесвіт. Більш ніж десять років тому спостереження з LAT (Телескоп великої площі) Фермі показали, що ударні хвилі залишків наднових розганяють частинки майже до швидкості світла. Цей процес вперше запропонував фізик Енріко Фермі, на честь якого була названа місія, у 1949 році.
Ці швидкі частинки, які називають космічними променями, взаємодіють із міжзоряним газом і виробляють гамма-промені, найенергійнішу форму світла. Протони становлять до 90 % частинок космічних променів. Щоб довести, що прискорені протони відповідають за світіння, астрономи шукають конкретну особливість гамма-променів. Коли протони космічних променів врізаються у міжзоряний газ, вони утворюють короткоживучу частинку, яку називають нейтральним піоном. Вона майже миттєво розпадається на пару гамма-променів. Це випромінювання відбувається у певному діапазоні енергій, пов’язаних з масою нейтрального піона, і потрапляє у межі, які реєструє інструмент LAT з Fermi.
У 2013 році спостереження Fermi довели, що Туманність Медузи, яка взаємодіє з частиною світної хмари водневого газу, відомої як Sharpless 249, виробляє гамма-промені через цей механізм. Її сусід, G189.6+3.3, був відкритий у 1994 році в межах рентгенівського огляду місії ROSAT (рентгенівський супутник).
Яскрава нитка газу лежить між залишками, що перетинаються. Нові спостереження цієї особливості показують, що ударна хвиля від G189.6+3.3 врізалася в густий міжзоряний газ там і різко сповільнилася, що є ключовим доказом того, що обидва залишки взаємодіють з однією й тією ж системою хмар.
Космічний прискорювач частинок
Астрономи вважають, що Туманність Медуза також претендує на роль ПеВатрона, космічного прискорювача частинок, здатного підвищувати енергію протонів настільки високо, що вони майже можуть залишити нашу Галактику. Такі частинки можуть виробляти гамма-промені з енергією в трильйони разів більшою, ніж видиме світло. Знаходження другого прискорювача частинок поблизу Туманності Медуза могло б дати науковцям нові підказки про те, як залишки наднових розвиваються у ПеВатрони.
«Залишки, що перекриваються, з’єднувальна газова нитка та доступність даних від Фермі й інших обсерваторій спонукали нас заглибитися у цей складний, але мало вивчений регіон, — сказала співавторка Маріанн Лемуан-Гумар, астрофізикиня з Французького національного центру наукових досліджень (CNRS), що базується в Університеті Бордо. — За допомогою інструмента LAT на Фермі ми виявили гамма-випромінювання, пов’язане з прискореними протонами у північній частині тьмянішого залишку. Якщо обидва залишки взаємодіють з однією й тією ж структурою, то вони повинні перебувати на однаковій відстані від нас».
Подвійні наднові вибухи
Команда дійшла висновку, що залишки розташовані приблизно за 6000 світлових років, їхні центри вибухів розділені приблизно 40 світловими роками у проєкції на площину неба, а початкові зорі могли мати масу в 20 або більше разів більшу за сонячну. Оцінки віку залишків сильно різняться, але команда дійшла висновку, що вік Туманності Медузи становить 8000–9000 років, тоді як G189.6+3.3 — від 20 000 до 110 000 років. Це означає, що затримка між вибухами могла тривати до 100 000 років.
Крім того, команда провела комп’ютерні симуляції мільйона масивних подвійних систем. Вони показують, що системи, де зорі обертаються достатньо близько, щоб обмінюватися речовиною та взаємодіяти протягом свого життя, можуть легко утворювати подвійні наднові вибухи з подібними відстанями та часовими інтервалами, як у спостережуваних залишках. Команда також оцінила, що шанс випадково зустріти таке поєднання спостережуваного просторового вирівнювання та сумісних відстаней менш ніж 1 %, що сильно підтримує фізичний зв’язок.
Це дослідження виокремлює унікальний можливий приклад подвійної системи, де обидві зорі вибухнули як наднові та залишили по собі окремі, виявлені залишки наднових. Астрономи вважають, що більшість масивних світил формуються у подвійних або багатозоряних системах.
Комплекс Туманності Медузи / G189.6+3.3 дає астрономам рідкісну можливість вивчати, як еволюціонують масивні подвійні зорі, обмінюються матерією, вибухають і зазнають змін швидкості — так званих імпульсів, спричинених вибухом наднової. Це також створює потужну нову лабораторію для розуміння того, як поводяться пов’язані залишки наднових, зокрема як вони прискорюють частинки, генерують гамма-промені та впливають на своє оточення.
За матеріалами phys.org
