Остатки пяти сверхновых в созвездии Возничего

Пять призраков давно погибших звезд уместились на одном снимке. Stephane Vetter и Yann Sainty снимали участок неба в созвездии Возничего около 200 часов в обсерватории Укаймеден в Атласских горах в Марокко. Площадь кадра – примерно тысяча полных Лун, около 200 квадратных градусов.

На этом поле видны пять остатков сверхновых: оболочки газа, разогнанные взрывами, которые произошли независимо друг от друга в разное время за последние десятки тысяч лет.

Кадр смотрит почти точно в антицентр Галактики – в сторону, противоположную ее ядру. Пыли и газа на луче зрения здесь меньше, чем в направлении Стрельца, поэтому тусклые оболочки видны лучше.

Названия остатков выглядят как шифр, но читаются просто. Буква G означает галактические координаты, первое число – галактическую долготу, второе – высоту над плоскостью Млечного Пути или под ней, в градусах. Слева направо в кадре расположены G181.1+9.5, G182.4+4.3, G179.0+2.6, G180.0−1.7 и G178.2−4.2. У предпоследнего есть и привычное имя – туманность Спагетти, она же Sh2-240 и Симеиз 147. Кроме пяти призраков, в кадр попали рассеянное звездное скопление M37 и туманность Головастики (Sh2-236) в правом верхнем углу.

Что остается после взрыва сверхновой

Взрыв выбрасывает вещество звезды со скоростью в тысячи километров в секунду. Впереди него бежит ударная волна, которая сгребает межзвездный газ в расширяющуюся оболочку. Газ на фронте волны нагревается и светится, а неоднородности среды рвут оболочку на тонкие волокна – так и рождаются кружевные узоры, похожие на спагетти.

Со временем волна тормозится, оболочка тускнеет и через десятки тысяч лет растворяется в межзвездной среде, оставляя в ней тяжелые элементы, синтезированные звездой. Если взорвалась массивная звезда, после нее может остаться нейтронная звезда. У туманности Спагетти и у G179.0+2.6 такие пульсары найдены.

Почему одни остатки красные, а другие голубые

Цвета на снимке соответствуют конкретным линиям излучения. Красный – это водород, линия H-альфа. Голубой – дважды ионизованный кислород, линия [O III]. Чтобы кислород засветился, ударная волна должна быть достаточно быстрой, быстрее примерно 100 км/с. Поэтому цвет остатка – подсказка о его состоянии.

На снимке это видно наглядно. Кольцо G179.0+2.6 в центре кадра почти целиком голубое: в его спектре кислородная линия примерно в десять раз ярче водородной. А красный шар G182.4+4.3 левее и ниже, наоборот, почти лишен голубого. Там ударная волна уже замедлилась примерно до 70 км/с и меньше, и кислород в ней не возбуждается. Это согласуется с оценкой возраста G182.4+4.3 около 40 тысяч лет – хотя ранние работы давали ему всего 4 тысячи. Первооткрыватели остатка в 1998 году предположили и то, как он возник: по их мнению, здесь взорвался белый карлик в двойной системе, а не массивная звезда. Если это так, то в кадре собраны оба главных типа сверхновых – пульсар внутри туманности Спагетти говорит о гибели массивной звезды.

Туманность Спагетти: самый крупный призрак в кадре

Самая эффектная оболочка снимка открыта в Крыму. В начале 1950-х годов Григорий Шайн и Вера Газе на Симеизской обсерватории составили каталог туманностей, и остаток сверхновой вошел в него под номером 147. Он лежит на границе созвездий Тельца и Возничего, и его диаметр на небе – около 3 градусов, шесть полных Лун. Расстояние до него составляет около 1300 парсек, то есть примерно 4300 световых лет, а поперечник оболочки превышает 200 световых лет.

Внутри туманности есть пульсар PSR J0538+2817. Он улетает от центра со скоростью около 380 км/с. В 2015 году астрономы нашли там же горячую голубую звезду HD 37424, которая движется в противоположную сторону. Если отмотать движение обоих объектов назад, они сходятся в одной точке около 30 тысяч лет назад, всего в 4 угловых минутах от геометрического центра оболочки.

Значит, это была двойная звезда: одна взорвалась, взрыв разорвал пару, и ее ядро-пульсар и звезда-компаньон разлетелись в разные стороны. Масса погибшей звезды при рождении превышала 13 масс Солнца.

Два недавно открытых остатка

Два остатка сверхновых на снимке были открыты в последние годы, и оба – по радиоизлучению.

G181.1+9.5 в левом верхнем углу нашли случайно в 2017 году в радиообзоре облаков высокоскоростного водорода. Он необычен положением: больше 90% известных остатков сверхновых лежат в пределах 5 градусов от плоскости Галактики, а этот поднят над ней примерно на 250 парсек. До него около 4900 световых лет, диаметр оболочки – около 100 световых лет, возраст – не больше 16 тысяч лет.

G178.2−4.2 справа от туманности Спагетти открыт в 2011 году на 25-метровом радиотелескопе в Урумчи. На момент открытия тусклее него в радиодиапазоне был известен лишь один остаток сверхновой во всей Галактике. На снимке его слабое свечение видно по соседству с яркой звездой Эльнат (β Тельца).

Кто мог видеть эти вспышки

Расстояния до остатков в кадре – в основном от 4 до 13 тысяч световых лет, хотя для некоторых они известны плохо, а возраст – до нескольких десятков тысяч лет. Лучше всего изучена туманность Спагетти. Взорвавшись на расстоянии 4300 световых лет, сверхновая, по оценкам, могла выглядеть на небе светилом от −2 до −9 звездной величины: от блеска Юпитера до яркости в десятки раз выше, чем у Венеры. Около 30 тысяч лет назад Европу и Русскую равнину населяли люди верхнего палеолита, так что новая звезда в Тельце вполне могла стать для них событием. Авторы работы 2015 года предполагают, что ту же вспышку, возможно, запомнили и льды Антарктиды: в кернах со станций Восток и Купол С есть всплеск бериллия-10 примерно 35-тысячелетней давности.

Источники

1. G181.1+9.5, a new high-latitude low-surface brightness supernova remnant – Kothes R., Reich P., Foster T. J., Reich W., Astronomy & Astrophysics, 2017
2. A multifrequency study of G182.4+4.3: a new supernova remnant in the Galactic anti-centre – Kothes R., Fürst E., Reich W., Astronomy & Astrophysics, 1998
3. Detection of extensive optical emission from the extremely radio faint Galactic supernova remnant G182.4+4.3 – Fesen R. A. и др., Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 2019
4. Optical emission associated with the Galactic supernova remnant G179.0+2.6 – How T. G., Fesen R. A. и др., Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 2018
5. Discovery of an OB runaway star inside SNR S147 – Dinçel B., Neuhäuser R. и др., Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 2015
6. The Origin and Motion of PSR J0538+2817 in S147 – Ng C.-Y., Romani R. W. и др., The Astrophysical Journal, 2007
7. A Sino-German λ6 cm polarization survey of the Galactic plane – Gao X. Y., Sun X. H. и др., Astronomy & Astrophysics, 2011