Прогнозирование следующего взрыва сверхновой: новые расчеты раскрывают физику взрыва сверхновой

Ударный прорыв гиперновых: Гиперновые — еще более сильные астрономические явления, чем сверхновые, с энергией взрыва, превышающей энергию сверхновых более чем в десять раз. Эти мощные взрывы обычно сопровождаются мощными струями, которые создают отчетливые структуры ударного прорыва на полюсах звезды. Струи не только приводят к взрыву, но и вызывают интенсивную нестабильность жидкости в выброшенном материале, еще больше перемешивая внутренние вещества звезды. Последние данные наблюдений показали, что знаменитая сверхновая 1987A может быть тесно связана со взрывом струи, а не демонстрировать сферический взрыв, предсказанный предыдущими одномерными моделями. Автор: ASIAA/ Ke-Jung Chen

Звезды с массой от 10 до 30 масс Солнца на последних стадиях эволюции образуют железное ядро, которое в конечном итоге коллапсирует в нейтронную звезду. Этот коллапс высвобождает огромное количество гравитационной потенциальной энергии через нейтрино, вызывая ударную волну, которая уничтожает всю звезду.

В зависимости от массы и радиуса звезды-прародительницы эта вспышка длится короткий период, обычно около нескольких часов, при этом излучение в основном сосредоточено в рентгеновских лучах и ультрафиолете, и происходит задолго до кривой видимого света. Поэтому ее можно использовать в качестве предвестника для прогнозирования взрывов сверхновых.

Новые результаты моделирования, опубликованные в The Astrophysical Journal, сосредоточены на известной сверхновой 1987A, которая предоставляет уникальную возможность изучить эволюцию от сверхновых с коллапсом ядра до остатков сверхновой.

Исследование показало, что окружение звезды-прародительницы существенно влияет на вспышку взрыва, что указывает на то, что вспышку можно использовать для изучения условий, сопутствующих взрывам сверхновых, и для установления связи между околозвездной средой и потерей массы звездой.

На ранних стадиях взрыва сверхновой мощная ударная волна прорывается через внешнюю атмосферу звезды, и газ после взрыва заполняется турбулентными структурами. Автор: ASIAA/Wun-Yi Chen

Взаимодействие ударных волн и межзвездной среды во время ранних взрывов сверхновых: На ранних стадиях взрыва сверхновой мощная ударная волна воздействует на межзвездную среду, окружающую звезду. Эта межзвездная среда часто демонстрирует структуру «пончика», которая может быть образована потерей массы звездой на поздних стадиях ее эволюции. Когда ударная волна сталкивается с этим материалом, она производит чрезвычайно яркие выбросы и интенсивные турбулентные явления. Взаимодействие между ударной волной и окружающим материалом дает важные подсказки для понимания потери массы в звездах поздней стадии и динамики распространения ударной волны. Автор: ASIAA/Wun-Yi Chen

Многомерное моделирование показало, что нестабильность жидкости во время прорыва ударной волны усиливает яркость вспышки и увеличивает ее продолжительность, что существенно отличается от предыдущих одномерных моделирований и фундаментально меняет наше понимание вспышек прорыва сверхновых.

«Взаимодействие между предшественниками излучения и окружающей средой имеет решающее значение для формирования сигнала прорыва ударной волны. Наши новые многомерные, многополосные моделирования могут более точно описывать сложную динамику радиационной жидкости во время прорыва ударной волны», — отметил Вун-И Чен, который является первым автором статьи.

Доктор Масаоми Оно, соавтор исследования в ASIAA, добавляет: «Это исследование ясно демонстрирует, что даже для сферических взрывов сигналы прорыва ударной волны, полученные с помощью двумерной радиационной гидродинамики, могут отличаться от предсказанных одномерными моделями. Многомерная радиационная гидродинамика имеет жизненно важное значение для оценки сигналов прорыва ударной волны сверхновых с коллапсом ядра, особенно в неоднородной околозвездной среде».

«Эти моделирования предоставляют важные справочные данные для будущих наблюдений и прогнозов сверхновых. Рентгеновские и ультрафиолетовые космические телескопы следующего поколения будут улавливать больше вспышек ударных волн сверхновых, углубляя наше понимание ранней эволюции сверхновых и окончательной эволюции массивных звезд», — подчеркнул доктор Ке-Юнг Чен, руководитель исследовательской группы.

Больше информации: Wun-Yi Chen et al, Multidimensional Radiation Hydrodynamics Simulations of SN 1987A Shock Breakout, The Astrophysical Journal (2024). DOI: 10.3847/1538-4357/ad7de3