Гиперновая (также известная как коллапсар ) — это очень энергичная сверхновая , которая, как полагают , возникла в результате сценария экстремального коллапса ядра. В этом случае массивная звезда (>30 масс Солнца ) коллапсирует, образуя вращающуюся черную дыру, испускающую двойные астрофизические струи и окруженную аккреционным диском . Это тип звездного взрыва , который выбрасывает вещество с необычно высокой кинетической энергией , на порядок превышающей энергию большинства сверхновых, и светимостью как минимум в 10 раз большей. Гиперновые испускают так много гамма-лучей, что обычно кажутся похожими на сверхновые типа Ic , но с необычно широкими спектральными линиями, указывающими на чрезвычайно высокую скорость расширения. Гиперновые являются одним из механизмов образования длинных гамма-всплесков (GRB) , длительность которых варьируется от 2 секунд до более минуты. Их также называют сверхяркими сверхновыми , хотя в эту классификацию входят и другие типы чрезвычайно ярких звездных взрывов различного происхождения.
В 1980-х годах термин «гиперновая» использовался для описания теоретического типа сверхновой, ныне известной как сверхновая с парной нестабильностью . Это относилось к чрезвычайно высокой энергии взрыва по сравнению с типичным коллапсом ядра сверхновой . [1] [2] [3] Этот термин ранее использовался для описания гипотетических взрывов в результате различных событий, таких как гиперзвезды , чрезвычайно массивное население звезд III в ранней Вселенной, [4] или таких событий, как слияние черных дыр . [5]
В феврале 1997 года голландско-итальянский спутник BeppoSAX смог проследить GRB 970508 до слабой галактики, находящейся на расстоянии примерно 6 миллиардов световых лет. [6] Анализируя спектроскопические данные GRB 970508 и родительской галактики, Bloom et al. в 1998 году пришли к выводу, что вероятной причиной была гиперновая. [6] В том же году польский астроном Богдан Пачинский более подробно выдвинул гипотезу о гиперновых как о сверхновых, возникающих из быстро вращающихся звезд. [7]
С тех пор использование термина «гиперновая» в конце 20-го века было уточнено для обозначения сверхновых с необычно большой кинетической энергией. [8] Первой наблюдаемой гиперновой была SN 1998bw , ее светимость в 100 раз превышала стандартную звезду типа Ib. [9] Эта сверхновая была первой, связанной с гамма-всплеском (GRB), и она произвела ударную волну, содержащую на порядок больше энергии, чем обычная сверхновая. Другие ученые предпочитают называть эти объекты просто сверхновыми типа Ic с широкими линиями . [10] С тех пор этот термин стал применяться к множеству объектов, не все из которых соответствуют стандартному определению; например АСАССН-15лх . [11]
В 2023 году было опубликовано наблюдение высокоэнергетического, неквазарного переходного события AT2021lwx с чрезвычайно сильным излучением от среднего инфракрасного до рентгеновского диапазона волн и общей энергией 1,5 10 46 Джоулей . [12] Этот объект не считается гиперновой; вместо этого это, вероятно, будет огромное газовое облако, поглощаемое массивной черной дырой. Событию также было присвоено случайное название «ZTF20abrbeie» от Zwicky Transient Facility . Это имя и кажущаяся жестокость события привели к прозвищу «Страшная Барби», привлекшему внимание основной прессы.
Гиперновые считаются сверхновыми, выбросы которых имеют кинетическую энергию, превышающую примерно10 45 джоулей , что на порядок выше, чем при типичном коллапсе ядра сверхновой. Выбрасываемые массы никеля велики, а скорость выброса достигает 99% скорости света . Обычно они относятся к типу Ic, а некоторые связаны с длительными гамма-всплесками . Электромагнитная энергия , выделяемая этими событиями, варьируется от сравнимой с другими сверхновыми типа Ic до некоторых из самых ярких известных сверхновых, таких как SN 1999as. [13] [14]
Архетипическая гиперновая SN 1998bw была связана с GRB 980425 . В ее спектре не было ни водорода, ни явных признаков гелия , но сильные линии кремния идентифицировали ее как сверхновую типа Ic. Основные линии поглощения были чрезвычайно расширены, а кривая блеска демонстрировала очень быструю фазу поярчания, достигнув яркости сверхновой типа Ia на 16-й день. Общая выброшенная масса составила около 10 M ☉ , а масса выброшенного никеля около 0,4 M ☉ . [13] Все сверхновые, связанные с гамма-всплесками, демонстрируют высокоэнергетические выбросы, которые характеризуют их как гиперновые. [15]
Необычно яркие радиосверхновые наблюдались как аналоги гиперновых и были названы «радиогиперновыми». [16]
Модели гиперновых фокусируются на эффективной передаче энергии в выбросы. В сверхновых с нормальным коллапсом ядра 99% нейтрино , генерируемых при коллапсе ядра, ускользают, не вызывая выброса материала. Считается, что вращение прародителя сверхновой приводит к появлению струи, которая разгоняет вещество от места взрыва со скоростью, близкой к скорости света. Двойные системы все чаще изучаются как лучший метод как для удаления оболочек звезд, чтобы оставить голое углеродно-кислородное ядро, так и для создания необходимых условий вращения для запуска гиперновой.
Модель коллапсара описывает тип сверхновой, которая порождает гравитационно-коллапсированный объект или черную дыру . Слово «коллапсар», сокращение от «коллапсировавшая звезда », ранее использовалось для обозначения конечного продукта звездного гравитационного коллапса — черной дыры звездной массы . Сейчас это слово иногда используется для обозначения конкретной модели коллапса быстро вращающейся звезды. Когда коллапс ядра происходит в звезде, ядро которой примерно в пятнадцать раз превышает массу Солнца ( M ☉ ) — хотя химический состав и скорость вращения также имеют значение — энергии взрыва недостаточно, чтобы выбросить внешние слои звезды, и это произойдет. коллапс в черную дыру без видимой вспышки сверхновой.
Звезда с массой ядра немного ниже этого уровня — в диапазоне 5–15 M ☉ — подвергнется взрыву сверхновой, но такая большая часть выброшенной массы упадет обратно на остаток ядра, что оно все равно коллапсирует в черную дыру. Если такая звезда вращается медленно, то она произведет слабую сверхновую, но если звезда вращается достаточно быстро, то возврат к черной дыре приведет к образованию релятивистских джетов . Энергия, которую эти струи передают выброшенной оболочке, делает видимую вспышку значительно более яркой, чем стандартная сверхновая. Струи также излучают частицы высокой энергии и гамма-лучи непосредственно наружу и тем самым производят рентгеновские или гамма- всплески; струи могут длиться несколько секунд или дольше и соответствуют длительным гамма-всплескам, но они, по-видимому, не объясняют кратковременные гамма-всплески. [17] [18]
Механизм образования лишенного прародителя, углеродно-кислородной звезды, лишенной какого-либо значительного количества водорода или гелия, сверхновых типа Ic, когда-то считался чрезвычайно развитой массивной звездой, например, звездой типа WO Вольфа-Райе , плотный звездный ветер которой вытеснил все его внешние слои. Наблюдения не смогли обнаружить таких прародителей. До сих пор окончательно не доказано, что прародители на самом деле представляют собой объекты другого типа, но несколько случаев позволяют предположить, что прародителями являются «гелиевые гиганты» с меньшей массой. Эти звезды недостаточно массивны, чтобы просто выбросить свои оболочки звездным ветром, и они будут лишены массы в результате переноса массы в двойную систему-компаньон. Гелиевые гиганты все чаще считаются прародителями сверхновых типа Ib, но прародители сверхновых типа Ic до сих пор неясны. [19]
Одним из предложенных механизмов образования гамма-всплесков является индуцированный гравитационный коллапс , при котором нейтронная звезда схлопывается в черную дыру в результате коллапса ядра ее близкого компаньона, состоящего из лишенного углеродно-кислородного ядра. Вызванный коллапс нейтронной звезды приводит к образованию струй и высокоэнергетических выбросов , которые трудно смоделировать из одиночной звезды. [20]
