Группа астрофизиков, среди которых есть и сотрудники МФТИ, впервые зарегистрировала образование радиоактивного кобальта при вспышке сверхновой звезды. Это открытие имеет большое значение, поскольку подтверждает ранее предложенную учеными теорию вспышек сверхновых. Детали приводятся на страницах журнала Nature, одного из самых цитируемых научных изданий мира.
Образовавшаяся на месте вспышки сверхновой Кеплера туманность. Фото: NASA/ESA/JHU/R.Sankrit & W.Blair
В статье Евгения Чуразова (ИКИ РАН) и его соавторов (включая Сергея Сазонова из ИКИ РАН и МФТИ) приводятся результаты анализа данных, собранных при помощи гамма-обсерватории ИНТЕГРАЛ. Этот орбитальный телескоп ведет наблюдения в гамма-диапазоне. Для гамма-лучей земная атмосфера практически непрозрачна, потому только благодаря космическому инструменту исследователи смогли заметить излучение радиоактивного изотопа кобальта-56.
Кобальт-56 имеет период полураспада всего 77 дней, поэтому не встречается в природе — по крайней мере, в нормальных условиях. Однако при вспышке сверхновой, которая является гигантским термоядерным взрывом, этот короткоживущий радиоактивный изотоп вырабатывается в достаточно больших количествах. Несмотря на удаленность сверхновой SN2014J (до нее 11 миллионов световых лет), излучение кобальта дошло до обсерватории, и ученые получили возможность зарегистрировать достаточное для снятия спектральной характеристики количество квантов.
(Цепочка распадов и спектр, полученный обсерваторией. Обратите внимание на масштаб по вертикальной оси — через 1 см2 детектора проходило порядка одного гамма-кванта в час! Иллюстрация пресс-службы ИКИ РАН)
Ранее астрофизикам ни разу не удавалось получить подобные спектры. Причиной была редкость вспышек на таком расстоянии: 11 миллионов световых лет являются большой величиной на фоне галактических масштабов (поперечник галактики примерно сто тысяч световых лет, расстояния между звездами — порядка нескольких световых лет), но для межгалактических дистанций это сравнительно немного. В радиусе десяти миллионов световых лет находится около нескольких сотен галактик, вспышки же сверхновых подобного рода (астрофизики обозначают их как тип Ia) случаются примерно раз в несколько столетий на галактику. Например, в Млечном пути сверхновая типа Ia вспыхнула последний раз в 1606 году.
SN2014J была замечена 21 января 2014 года астрономом Стивом Фосси с группой студентов из Университетского колледжа Лондона в галактике М82. Исследователь сообщил об открытии сверхновой, и ряд обсерваторий, включая орбитальную гамма-обсерваторию ИНТЕГРАЛ, немедленно приступил к наблюдениям. Всего на изучение сверхновой российские специалисты потратили миллион секунд из имеющейся у них квоты на использование международного инструмента и кроме спектров ученые получили сведения о том, как меняется яркость излучения со временем.
Согласно теории, которая была разработана ранее, при вспышке типа Ia первые несколько десятков дней остатки звезды практически не излучают в гамма-диапазоне. Оболочка звезды в это время еще непрозрачна в данном участке спектра, и сверхновая начинает давать гамма-излучение только после того, как внешний слой станет достаточно разреженным. К тому же моменту синтезированный при взрыве радиоактивный никель-56 с периодом полураспада в 10 дней переходит в кобальт-56 — линии которого и были обнаружены исследователями.
Суть спектрального анализа не меняется в зависимости от природы излучения. Вне зависимости о того, идет ли речь о свете, рентгене или даже радиоволнах, ученые сначала строят график спектра, зависимости интенсивности от частоты (или, что то же самое, от длины волны: длина волны обратно пропорциональна частоте). Далее по форме графика делаются выводы о том, каков источник излучения и через какую среду оно проходило. Спектральными линиями называют острые «пики» на таких графиках; они соответствуют определенным событиям вроде испускания или поглощения квантов атомами при переходе с одного энергетического уровня на другой. Радиоактивный кобальт-56 при образовании имел избыток энергии, уходивший в виде гамма-квантов с энергиями в 847 и 1237 килоэлектронвольт; другие изотопы давали излучение с квантами иной энергии и за счет этого не могли быть спутаны с интересовавшим специалистов кобальтом-56.
Собранная ИНТЕГРАЛом информация позволила оценить даже то, сколько именно радиоактивного кобальта получилось при вспышке. Эта величина составляет около 60% от массы Солнца; весь кобальт-56 со временем превращается в наиболее распространенный изотоп железа, железо-56.
Причем железо-56 является самым распространенным изотопом именно по той причине, что оно может быть получено из рожденного во вспышках сверхновых никеля (никель становится кобальтом, кобальт — железом).
Таким образом, новые результаты подтверждают не только ранее сделанные теоретиками модели вспышек сверхновых, но и то, что наша собственная планета состоит из прошедшего через термоядерные взрывы астрономического масштаба вещества.
Пресс-служба МФТИ выражает благодарность пресс-службе ИКИ РАН и лично Ольге Закутной. Данная заметка подготовлена на основе предоставленного пресс-релиза.
Обновление от 28 августа: к сожалению, в первоначальном варианте текста была допущена ошибка. Период полураспада кобальта-56 составляет 77, а не 111 дней. Благодарим читателя за замеченную ошибку и указываем на адрес онлайн-справочника с данными по всем изотопам: http://www.nndc.bnl.gov/amdc/nubase/Nubase2003.pdf
