Моделирование показывает, как сверхновые формируют облака мусора

Когда определенные типы звезд умирают, они гаснут в сиянии славы - невероятно мощном взрыве, известном как сверхновая. Одна из наиболее распространенных форм сверхновой, тип Ia, начинается с плотного белого карлика, который сжег свой водород. Материя, исходящая от звезды-компаньона, может запустить безудержную реакцию ядерного синтеза в карлике, вызывая массивный пожар, который создает многие из более тяжелых элементов во Вселенной. Они выбрасываются наружу в светящемся облаке, известном как остаток, который несет на себе отпечаток взрыва.

Жиль Ферран из лаборатории RIKEN и его коллеги из Японии и Германии разрабатывают трехмерное компьютерное моделирование, воссоздающее сверхновые. Их моделирование состоит из двух этапов: первый моделирует сам взрыв сверхновой, а второй использует его в качестве вводных данных для модели остатка сверхновой. «Наша цель - изучить, как различные условия взрыва производят остатки с характерными формами и составами, подобными тем, которые мы наблюдаем в Галактике», - объясняет Ферран.

Последние симуляции команды сосредоточены на двух аспектах сверхновых: как взрыв воспламеняется внутри белого карлика и как горение разрывает звезду. Воспламенение может начаться всего в нескольких местах внутри белого карлика, или оно может быть появляется во многих точках одновременно. Между тем, горение может быть дефлаграцией - турбулентным огнем, который движется медленнее, чем местная скорость звука, - или оно запускает дефлаграцию с последующей сверхзвуковой детонацией.

Сложив эти варианты по-разному, исследователи создали четыре модели остатка сверхновой. «Каждая модель имеет свои отличительные особенности», - говорит Ферран. Например, сверхновая с несколькими точками воспламенения и дефлаграционным взрывом образовала остаток с симметричной оболочкой, смещенной от центра взрыва. Моделирование с участием нескольких точек воспламенения и детонации привело к образованию остатка, в котором половина внешней оболочки была вдвое толще другой половины. Остатки моделирования дефлаграции также показали неожиданные «швы» из более плотного материала.

Эти результаты показывают, что лучшее время увидеть отпечаток сверхновой на ее остатке, - примерно через 100–300 лет после взрыва. Этот отпечаток дольше виден в сверхновых с меньшим количеством точек воспламенения, и все остатки в моделировании в целом стали сферическими в течение 500 лет. Эти результаты помогут астрономам интерпретировать наблюдения остатков сверхновых.