Что происходит в массивной звезде перед взрывом сверхновой

Сверхновые типа II — катастрофа массовых звёзд, которые выгорают полностью, превращаясь в взрыв, способный затмить всю галактику. Но что происходит с их оболочками перед этим финальным актом? Это давний вопрос для астрофизиков, и новые исследования из Тайваня проливают свет на загадки, связанные с предвзрывной эволюцией красных сверхгигантов и особенностями их световых кривых.

Массивные звёзды, в отличие от меньших, могут превращаться в красные сверхгиганты (RSG) или синие сверхгиганты, от которых зависит тип сверхновой. Процесс перехода связан с металличностью — содержанием тяжёлых элементов, влияющих на структуру и поведение звезды после стадии главной последовательности. В новой работе из Института астрономии Академии Синика в Тайбэе показано, что чтобы звезда могла стать красным сверхгигантом, её металличность должна быть не ниже примерно 1/10 солнечной.

Звёзды с низкой металличностью остаются более компактными и не расширяются до красных сверхгигантов, что влияет на способность удерживать оболочку и на активность звёздного ветра. Это меняет тип массопереноса и, в итоге, как именно звезда взрывается. Исследования выделяют радиус в момент выхода с главной последовательности как ключевой параметр для формирования расширенных оболочек RSG, которые предшествуют мощным взрывам.

Второе исследование сосредоточено уже непосредственно на моменте взрыва — явлении прорыва ударной волны сверхновой на поверхности красного сверхгиганта. Используя двухмерные многогрупповые радиационно-гидродинамические симуляции, учёные впервые подробно смоделировали, как плотность и структура околосветового вещества вокруг звезды влияют на длительность и яркость вспышки.

Эксперименты показали, что расширенные оболочки затягивают момент вспышки — свет появляется дольше и слабее, что связано не с экстремальными потерями массы, как считали ранее, а с рассеянием фотонов и радиационными предвестниками, которые выталкивают фотосферу дальше от ядра перед проходом удара.

Такое моделирование не только раскрывает физику разной интенсивности и длительности световых кривых сверхновых, но и даёт инструменты для интерпретации сотен тысяч новых событий. Начиная с этого года, обсерватория Веры Рубин приступит к наблюдениям, которые могут обнаружить до 10 миллионов сверхновых — данные, которые без такого теоретического основания будут почти неразборчивы.