Часть ударной волны сжимается, а не расширяется. Мощная ударная волна, проходящая через облако газа, оставшееся после взрыва звезды, имеет странную особенность: часть е` движется в неправильном направлении, как показывает новое исследование.
В ходе исследования учёные обнаружили, что ударная волна ускоряется с разной скоростью, при этом одна секция схлопывается обратно к источнику звёздного взрыва или сверхновой, что авторы исследования называют «обратным ударом».
Кассиопея А — это туманность или газовое облако, оставленное сверхновой в созвездии Кассиопеи, примерно в 11 000 световых лет от Земли, что делает её одним из ближайших остатков сверхновой. Туманность шириной около 16 световых лет состоит из газа (в основном водорода), который был выброшен как до, так и во время взрыва, разорвавшего первоначальную звезду.
Ударная волна от этого взрыва всё ещё колеблется в газе, и теоретические модели показывают, что эта ударная волна должна расширяться равномерно, как идеально округлый воздушный шар, который постоянно надувается. Но исследователи обнаружили, что это не так.
«Долгое время мы подозревали, что внутри Кассиопеи А происходит что-то странное», — сказал ведущий автор Джакко Винк, астроном из Амстердамского университета в Нидерландах.
Предыдущие исследования показали, что внутренние движения внутри туманности были «довольно хаотичными», и подчеркнули, что западная область ударной волны, движущейся через газовое облако, может двигаться даже в неправильном направлении. В новом исследовании учёные проанализировали движение ударной волны, используя рентгеновские изображения, собранные рентгеновской обсерваторией НАСА Чандра, телескопом, который вращается вокруг Земли. Данные, собранные за 19 лет, подтвердили, что часть западной области ударной волны действительно отступала в обратном направлении при обратном ударе. Но они также обнаружили кое-что ещё более удивительное: части той же области всё ещё ускорялись вдали от эпицентра сверхновой, как и остальная часть ударной волны.
Неравномерное расширение
По словам Винка, текущая средняя скорость расширяющегося газа в Кассиопее А составляет около 21,6 млн км/ч, что делает её одной из самых быстрых ударных волн, когда-либо наблюдаемых в остатках сверхновой. Это главным образом потому, что остаток так молод; свет от Кассиопеи А достиг Земли в 1970 году. Но со временем ударные волны теряют свой импульс в своём окружении и замедляются.
Кассиопея А состоит из двух основных расширяющихся полос газа: внутренней оболочки и внешней оболочки. Эти две оболочки представляют собой две половины одной и той же ударной волны, и по большей части туманности внутренняя и внешняя оболочки движутся с одинаковой скоростью и в одном направлении. Но в западной области две оболочки движутся в противоположных направлениях: внешняя оболочка расширяется наружу, а внутренняя движется назад к тому месту, где должна была быть взорвавшаяся звезда. Обратный скачок отступает со скоростью около 6,9 миллиона км/ч, что составляет примерно треть средней скорости расширения остальной части туманности.
Фото: root-nation.com
Однако что действительно озадачило исследователей, так это то, насколько быстро расширялась внешняя оболочка по сравнению с отступающей внутренней оболочкой в этом регионе. Исследователи ожидали, что внешняя оболочка будет расширяться с меньшей скоростью по сравнению с остальной частью ударной волны, но они обнаружили, что на самом деле она ускоряется быстрее, чем некоторые другие области ударной волны. «Это было полной неожиданностью», — сказал Винк.
Космическое столкновение
По словам Винка, необычное расширение в западной области Кассиопеи А не соответствует теоретическим моделям сверхновых и предполагает, что что-то произошло с ударной волной после взрыва звезды.
Исследователи говорят, что наиболее вероятным объяснением является то, что ударная волна столкнулась с другой газовой оболочкой, которая, вероятно, была выброшена звездой до того, как она взорвалась.
Когда ударная волна столкнулась с этим газом, она могла замедлиться и создать нарастание давления, которое толкнуло внутреннюю оболочку обратно к центру. Тем не менее, внешняя оболочка могла пробиться через эту блокировку и снова начать ускоряться с другой стороны. «Это объясняет как внутреннее движение внутренней оболочки, так и предсказывает, что внешняя оболочка должна ускоряться, что мы и измеряли», — добавил Винк.
Исследователи также считают, что уникальный способ смерти исходной звезды может объяснить неравномерность ударной волны. По словам Винка, Кассиопея А является результатом вспышки сверхновой типа IIb, когда массивная звезда взорвалась после того, как почти полностью сбросила свои внешние слои.
«Рентгеновские оценки показывают, что масса звезды во время взрыва была примерно в четыре-шесть раз больше массы Солнца», — сказал Винк, но, скорее всего, звезда имела массу примерно в 18 раз больше массы Солнца, когда она родилась. Это означает, что перед взрывом звезда потеряла около двух третей своей массы, большую часть которой составлял водород. Ударная волна могла позже столкнуться с этим газом.
Существует несколько теорий относительно того, почему Кассиопея А потеряла так много своей массы перед взрывом. В сентябре 2020 года другая группа исследователей предположила, что первоначальная звезда была частью двойной звёздной системы, в которой две звезды вращаются вокруг друг друга. Эта исследовательская группа заявила, что эта звезда-компаньон также могла стать сверхновой до Кассиопеи А и в процессе оторваться от водородной «кожи» звезды, как ранее сообщал Live Science.
Однако авторы нового исследования не убеждены в этой теории. «Единственная проблема в том, что мы ещё не нашли останки другой звезды», — сказал Винк. «Итак, на данном этапе это остаётся спекулятивным».
Так что на данный момент никто точно не знает, что подпитывает неравномерную ударную волну Кассиопеи А.