Физики моделируют взрыв Бетельгейзе, как сверхновой

В последнее время Бетельгейзе была в центре внимания средств массовой информации. Красный супергигант приближается к концу своей жизни, и когда звезда, в 10 раз превышающая массу Солнца, умирает, она гаснет эффектным образом.

Благодаря яркости, недавно упавшей до самой низкой отметки за последние сто лет, многие космические энтузиасты взволнованы тем, что Бетельгейзе может вскоре превратиться в сверхновую, взорвавшись ослепительным фейверком, который может быть виден даже при дневном свете.

В то время как знаменитая звезда на плече Ориона, вероятно, встретит свою гибель в течение следующего миллиона лет — практически пары дней в космическом времени — ученые утверждают, что ее затемнение происходит из-за пульсации звезды. Это явление относительно распространено среди красных сверхгигантов, и Бетельгейзе, как известно, десятилетиями находится в этой группе.

По совпадению, исследователи из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре уже сделали прогнозы относительно яркости сверхновой, которая может возникнуть, когда взорвется пульсирующая звезда, подобная Бетельгейзе.

Аспирант по физике Джаред Голдберг опубликовал исследование с Ларсом Билдстеном, директором Института теоретической физики им. Кавли (KITP) и профессором физики Глака, и старшим научным сотрудником KITP Биллом Пэкстоном, в котором подробно описывается, как пульсация звезды повлияет на последующий взрыв, когда это произойдет. Статья появляется в Астрофизическом Журнале.

«Мы хотели узнать, как бы это выглядело, если пульсирующая звезда взрывается на разных фазах пульсации», — сказал Голдберг, научный сотрудник Национального научного фонда. «Более ранние модели проще, потому что они не включают зависящие от времени эффекты пульсаций».

Когда звезда размером с Бетельгейзе, наконец, исчерпывает материал, чтобы слиться в ее центре, она теряет внешнее давление, которое удерживало ее от коллапса под собственным огромным весом. Результирующий коллапс ядра происходит за полсекунды, гораздо быстрее, чем требуется, чтобы заметить поверхность звезды и пухлые внешние слои.

Когда железное ядро ​​разрушается, атомы диссоциируют на электроны и протоны. Они объединяются, чтобы сформировать нейтроны, и в процессе выпускают частицы высокой энергии, названные нейтрино. Обычно нейтрино едва взаимодействуют с другим веществом — 100 триллионов из них проходят через ваше тело каждую секунду без единого столкновения.

Тем не менее, сверхновые являются одними из самых мощных явлений во Вселенной. Числа и энергии нейтрино, образующихся в коллапсе ядра, настолько велики, что даже при том, что только малая часть сталкивается со звездным материалом, обычно более чем достаточно, чтобы запустить ударную волну, способную взорвать звезду.

В результате этого взрыва ударяется о внешние слои звезды с ошеломляющей энергией, создавая взрыв, который может на короткое время затмить свет всей галактики. Взрыв остается ярким в течение примерно 100 дней, поскольку излучение может уйти только после того, как ионизированный водород снова соединится с потерянными электронами и снова станет нейтральным.

Характеристики сверхновой изменяются в зависимости от массы звезды, полной энергии взрыва и, что важно, ее радиуса. Это означает, что пульсация Бетельгейзе делает предсказание того, как она взорвется, намного сложнее.

Исследователи обнаружили, что если вся звезда пульсирует в унисон — вдыхая и выдыхая, если хотите, — сверхновая будет вести себя так, как будто Бетельгейзе была статической звездой с заданным радиусом. Однако разные слои звезды могут колебаться друг против друга: внешние слои расширяются, а средние слои сжимаются, и наоборот.

«Свет от сжатой части звезды слабее, — объяснил Голдберг, — так же, как мы ожидаем от более компактной, не пульсирующей звезды». Между тем, свет от частей звезды, которые расширялись в то время, казался бы более ярким, как если бы он исходил от большой, не пульсирующей звезды.

Голдберг планирует представить в «Записках к исследованию» Американского астрономического общества доклад с профессором физики Энди Хауэллом и исследователем из KITP Эваном Бауэром, в котором будут обобщены результаты моделирования, которое они проводили специально для Бетельгейзе.

Источники: Фото: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)