Вскоре после взрыва сверхновой 1987а астрономы были полны предсказаний о том, как она может выглядеть через несколько лет. Они предположили, что скоро появится пульсар, и многие говорили, что расширяющееся газовое облако встретит более ранний материал, выброшенный из звезды. Столкновение осветило бы местность вокруг события и засверкало бы, как бриллианты.
Сегодня астрономы смотрят на место звездной катастрофы и видят расширяющееся светящееся кольцо света. С годами его форма изменилась и превратилась в комковатую нить жемчуга. Что происходит, чтобы повлиять на его внешний вид? Ответ кроется в так называемой «нестабильности вороны». Мы наблюдаем этот аэродинамический процесс, когда вихри на законцовках крыльев самолетов взаимодействуют с инверсионными следами их двигателей. Нестабильность разбивает инверсионный след на набор вихревых «колец».
Аспирант Мичиганского университета Майкл Вадас говорит, что этот тип нестабильности может объяснить, почему Сверхновая 1987a образовала нить жемчуга. «Самое интересное в этом то, что здесь может действовать тот же механизм, который разрушает следы самолетов», — сказал Вадас, который сейчас работает в аспирантуре в Калифорнийском технологическом институте. Если это правда, то это во многом поможет объяснить, почему существуют эти призрачные жемчужины.
О 1978а и его жемчужной нити
Свет и нейтрино от сверхновой 1987a достигли Земли 23 февраля 1987 года. Первоначальная звезда, Сандулек -69 202, находилась на расстоянии около 168 000 световых лет от Земли в Большом Магеллановом Облаке. Она взорвалась как Тип II, первая в наше время, которая показала астрономам детали сверхновой с коллапсом ядра. С тех пор астрономы наблюдали, как кольцо выброшенного материала и ударная волна от самого взрыва распространились в космос. Он врезался в материал, сброшенный ранее в жизни звезды. В центре есть нейтронная звезда. Астрономы обнаружили его в 2019 году и наблюдали с помощью рентгеновских и гамма-обсерваторий.
Через несколько месяцев после взрыва астрономы использовали космический телескоп Хаббла, чтобы сфотографировать яркие кольца, окружающие место взрыва. Этот материал произошел из звездного ветра звезды-прародительницы. Ультрафиолетовый свет взрыва ионизировал газы в облаке. Внутреннее кольцо находилось примерно в 2/3 светового года от исходной звезды. Расширяющийся выброс сверхновой в конечном итоге столкнулся с ней в 2001 году. Это еще больше подогрело ее. Ударная волна уже вышла за пределы колец, оставив после себя очаги теплой пыли и светящиеся облака газа. Турбулентность этой ударной волны и ущерб, который она нанесла областям внутреннего кольца, создали «жемчуг».
Конкурирующие теории о струне
Итак, какая физика лежит в основе появления жемчуга? Астрономы попытались объяснить эту струну, используя так называемую нестабильность Рэлея-Тейлора. Это происходит, когда две жидкости (или плазма) разной плотности взаимодействуют друг с другом. Представьте себе нефть и воду, пытающиеся смешаться, или тяжелый пирокластический поток, вырывающийся из вулкана. Взаимодействие формирует в жидкостях интересные и предсказуемые формы. Для 1978a более плотная «жидкость» — это материал, выброшенный во время взрыва сверхновой. Он сталкивается с менее плотным облаком материала, выброшенным ранее и распространившимся в космос. Однако существуют проблемы с использованием нестабильности Рэлея-Тейлора для объяснения того, что мы видим в месте расположения сверхновой.
«Нестабильность Рэлея-Тейлора может подсказать вам, что могут быть сгустки, но было бы очень сложно выделить из них какое-то число», — сказал Вадас, который предложил нестабильность Кроу в статье, только что опубликованной в Physical Review Letters. Инверсионные следы реактивных самолетов являются лучшим сравнением, потому что вихри на законцовках крыла разрушают длинную гладкую линию инверсионного следа реактивного самолета. Вихри перетекают друг в друга, оставляя зазоры, которые можно предсказать.
Чтобы изучить эту идею, Вадас и его коллеги смоделировали, как ветер толкает модельное облако наружу, одновременно волоча его по поверхности. Верхняя и нижняя часть облака выталкивались быстрее, чем середина. Это заставило его свернуться само по себе, вызвав Нестабильность Вороны, которая разбила облако на 32 ровных сгустка, похожих на нить жемчуга в 1987a (которая имеет 30-40 сгустков). Именно это предсказуемое количество комков послужило причиной того, что команда предложила Нестабильность Ворона в качестве агента формирования струны. Они также думают, что это может помочь предсказать образование большего количества колец из бусинок вокруг места взрыва или когда пыль вокруг звезды слипается, образуя планеты. Недавние инфракрасные изображения JWST, похоже, показывают еще больше сгустков, появившихся в кольце, и будет интересно посмотреть, появятся ли новые из них в будущем.
Для дополнительной информации
Объяснение «жемчужной нити» сверхновой
Гидродинамический механизм слипания вдоль экваториальных колец SN1987A и других звезд
