Велика зірка наближається до видовищного моменту своєї загибелі. Паливо для термоядерної реакції в її надрах закінчується, і вона починає колапсувати під власною вагою. Тиск швидко і жахливо наростає, стимулюючи нову термоядерну реакцію - цього разу короткочасну, яка ось-ось закінчиться вибухом... але нічого не відбувається.
Приблизно такі результати моделювання наднових зірок вчені рік за роком отримують, моделюючи процес на суперкомп'ютерах. Наші знання про механізм цих потужних вибухів все зростають, збільшуються і обчислювальні потужності, але вже не перше десятиліття підсумок один: ніякого вибуху надновий не виходить. Відцентрові сили гравітації просто перемагають відцентрові сили термоядерного вибуху, і зірка тихо і мовчки колапсує. Але ж у небі ми сотні разів спостерігали зовсім протилежний підсумок!
Судячи з усього, в наднових ми чогось непорозуміємо. «Насправді, ми ще далекі від повного уявлення про те, як масивна зірка перетворюється на наднову», - говорить астрофізик Фіона Гаррісон (Fiona Harrison). Має існувати щось, що допомагає радіації - і заважає гравітації - щось, що призводить у підсумку до колосального вибуху, але досі нам невідоме. Щоб виявити підозрюваного, найкраще постаратися якомога детальніше поспостерігати весь процес вибуху надновою, а завдання це далеко не з легких.
Допомогти повинен новий масив телескопів NuSTAR, роботу над яким веде велика команда вчених, серед яких - і Фіона Гаррісон. Планується, що на орбіту його в 2011 р. виведе ракета Pegasus. Це буде інструмент, здатний вловлювати і оцінювати характеристики швидких високоенергетичних фотонів рентгенівського випромінювання, яке виходить від різного роду «космічних екстремалів», на зразок чорних дір, блазарів і тих же наднових. NuSTAR буде першим приладом, здатним фокусувати їх потоки, домагаючись дозволу разів на 100 більше, ніж існуючі рентгенівські телескопи. Саме він дозволить вченим вивчити те, що відбувається в ході вибухів наднових - і відразу після таких катастроф.
Насправді, шансів поспостерігати сам вибух, та так, щоб він випадково стався досить близько, не надто багато. І вчені більше покладаються на вивчення хмари останків матерії і випромінювання, їх складу та інших особливостей, здатних розповісти про властивості самого вибуху.
Особливий інтерес у цьому сенсі викликає один елемент - титан-44. Для того, щоб під час термоядерного синтезу утворився саме він, потрібна певна комбінація вихідних елементів, певний рівень енергії, тиску тощо. За розрахунками, ці умови є лише на певній глибині колапсуючої зірки. І глибина ця дуже важлива: все, що знаходиться нижче колапсує всередину і в кінцевому рахунку утворює чорну діру. А все вище буде викинуто вибухом геть.
Таким чином, титан-44 можна розглядати в якості важливого маркера всього, що відбувається всередині наднової. Розподіл цього елемента в хмарі матерії, що залишився після вибуху, дозволить сказати багато про те, що відбувається на критичній глибині під час самого вибуху. Отже, ми знайдемо відсутню ланку, необхідну для створення повноцінної моделі цього процесу.
Втім, і сьогодні на цей рахунок є деякі припущення. Деякі вчені вважають, що існуючі моделі надто симетричні. Навіть найпотужніші суперкомп'ютери сьогодні здатні обраховувати процес лише в одномірному зрізі. Передбачається, що інша частина наднової поводиться подібним чином - тобто, з урахуванням повної радіальної симетрії на манер геометричної сфери. Можливо, в цьому і криється помилка.
Реальний процес може бути дуже асиметричним, і хоча на одних ділянках сфери відцентрові сили «перемагають» відцентрові, в інших відбувається зворотне. Насправді, проведені нещодавно спрощені обсрахунки в 2 вимірах дозволяють сказати, що саме асиметрія може дозволити вирішити загадку «наднових». Ну а телескоп NuSTAR для з'ясування цього буде просто незамінний. Він зможе показати, наскільки симетричний розподіл титану-44 в хмарі розкиданої вибухом матерії, що і буде служити відмінним підтвердженням асиметрії цього процесу.
Сам по собі титан-44 радіоактивний і розпадається, випускаючи гамма-промені з енергією 68 КЕВ. Працювати на таких довжинах хвиль існуючі телескопи нездатні. Навіть такий «просунутий» рентгенівський апарат, як Chandra, здатний фокусувати частинки з енергією не вище 15 КЕВ. Не кажучи вже про оптичні телескопи, які практично не переломлюють рентгенівських променів.
Саме тому рентгенівські телескопи ніяких скляних лінз не використовують. Ту ж роль - фокусування променів - у них відіграє масив тонкостінних ціліндричних дзеркал з металу, вкладених один в інший, з невеликими проміжками. Потрапляючи в цей лабіринт, рентгенівські промені прямують до фокальної площини - без всяких лінз. Ефект той же, але суть тут не в переломленні променів, а в їх відображенні. Детальніше про пристрій подібних інструментів найкраще прочитати в нашій популярній статті «Невидимий Всесвіт». А ми повернемося до нашого NuSTAR. Його відбивна «оптика» буде покрита особливим найтоншим шаром, рівною з точністю майже до окремого атома і здатною відображати частинки енергією до 79 КЕВ. Для доведення необхідних для цього технологій і самої поверхні до потрібної досконалості знадобилися роки.
Зате тепер все ближче довгоочікуваний момент, коли телескоп буде відправлений на орбіту і почне роботу. Варто очікувати, що результатів вона принесе чимало - і розгадка таємниці «наднових» буде лише однією з них.
За інформацією NASA
