Szokujące odkrycie supernowej podważa standardową teorię ewolucji gwiazd

Rok przed wybuchem supernowej czerwony olbrzym, obecnie znany jako SN 2023ixf, stracił nieoczekiwanie masę równą masie Słońca. Koncepcja artysty pokazuje, jak wyglądały końcowe etapy utraty masy przed eksplozją gwiazdy. Źródło: Melissa Weiss/CfA

Dowody na ekstremalną utratę masy przed eksplozją niedawno odkrytej supernowej sugerują, że w ostatnim roku życia gwiazdy może wydarzyć się więcej, niż wcześniej sądzono.

Nowo odkryta pobliska supernowa, której gwiazda wyrzuciła całą masę materii słonecznej na rok przed eksplozją, podważa standardową teorię ewolucji gwiazd. Nowe obserwacje dają astronomom wgląd w to, co dzieje się w ostatnim roku przed śmiercią i eksplozją gwiazdy.

Supernowe zapadnięcia się jądra i SN 2023ixf

SN 2023ixf to nowa supernowa typu II odkryta przez astronoma-amatora Koichi Itagaki z Yamagata w Japonii w maju 2023 roku, wkrótce po eksplozji jej poprzedniczki, czyli gwiazdy macierzystej. SN 2023ixf znajduje się około 20 milionów lat świetlnych stąd, w Galaktyce Wiatraczek, a jej bliskość do Ziemi, ekstremalna jasność supernowej i młody wiek sprawiają, że jest skarbnicą możliwych do zaobserwowania danych dla naukowców badających śmierć masywnych gwiazd w eksplozjach supernowych.

Supernowe typu II, czyli supernowe z centralnym zapadnięciem się, powstają, gdy co najmniej osiem czerwonych olbrzymów o masie około 25 mas Słońca zapada się pod własnym ciężarem i eksploduje. Chociaż SN 2023ixf pasuje do opisu typu II, astronomowie z Centrum Astrofizyki | Harvardu i Smithsonian (CFA) i użycie szerokiej gamy teleskopów CfA ujawniło nowe i nieoczekiwane zachowanie.

SN 2023ixf, jedna z najbliższych supernowych typu II od dziesięciu lat i jedna z najjaśniejszych w historii, to młoda supernowa, odkryta na początku tego roku przez astronoma-amatora Koichi Itagaki z Yamagata w Japonii. Wizja artystyczna przedstawia jasną eksplozję SN 2023ixf, która nastąpiła po nieoczekiwanej utracie masy, jakiej astronomowie nie widzieli wcześniej. Źródło: Melissa Weiss/CfA

W ciągu kilku godzin od wybuchu supernowa zapadnięte supernowe w jądrze gwiazdy wytwarzają błysk światła, który pojawia się, gdy fala uderzeniowa z eksplozji dociera do zewnętrznej krawędzi gwiazdy. Jednak SN 2023ixf wytworzył niewielką krzywą, która nie wydawała się pasować do oczekiwanego zachowania. Aby lepiej zrozumieć nagły przełom w SN 2023ixf, zespół naukowców pod kierownictwem doktora habilitowanego CfA Daiichi Hiramatsu przeanalizował dane z 1,5-metrowego teleskopu Tillinghast, 1,2-metrowego teleskopu i MMT w Obserwatorium Freda Lawrence’a Whipple’aobiektu CfA zlokalizowanego w Arizonie, a także dane z Global Supernova Project – flagowego projektu Obserwatorium Las Cumbres, NASAObserwatorium Swift Neila Gehrella i wiele innych. To badanie obejmujące wiele długości fal, opublikowane w tym tygodniu w the Listy do dzienników astrofizycznychOdkryto, że wbrew oczekiwaniom i teorii ewolucji gwiazd, przełom szoku SN 2023ixf opóźnił się o kilka dni.

Konsekwencje opóźnionego początku wstrząsu

„Późna penetracja szoku jest bezpośrednim dowodem na obecność gęstego materiału powstałego w wyniku niedawnej utraty masy” – powiedział Hiramatsu, dodając, że tak ekstremalna utrata masy jest rzadkością w przypadku supernowych typu II. „Nasze nowe obserwacje ujawniły znaczną i nieoczekiwaną utratę masy – zbliżoną do masy Słońca – w ostatnim roku przed eksplozją”.

Zdjęcie wykonane za pomocą 1,2-metrowego teleskopu w Obserwatorium Freda Lawrence’a Whipple’a w CfA 27 czerwca 2023 r., nieco ponad miesiąc po eksplozji gwiazdy poprzedniczki SN 2023ixf, zdjęcie na tej kompozycji łączy światło zielone, czerwone, bliskiej podczerwieni i podczerwone, aby podkreślić Światło zarówno. SN 2023ixf i Galaktyka Wiatraczek. Jak można się spodziewać po eksplozjach masywnych gwiazd, SN 2023ixf znajduje się w jednym ze spiralnych ramion galaktyki. Źródło: S. Gomez/STScI

SN 2023ixf podważa wiedzę astronomów na temat ewolucji masywnych gwiazd i supernowych, w jakie się one przekształcają. Chociaż naukowcy wiedzą, że zapadnięte supernowe w ich jądrach są podstawowymi punktami początkowymi powstawania Wszechświata i ewolucji atomów, gwiazd neutronowych i czarnych dziur, niewiele wiadomo na temat lat poprzedzających eksplozje gwiazd. Nowe obserwacje wskazują na możliwą niestabilność w ostatnich latach życia gwiazdy, prowadzącą do poważnej utraty masy. Może to być związane z końcowymi etapami spalania jądrowego pierwiastków o dużej masie, takich jak krzem, w jądrze gwiazdy.

Więcej informacji zwrotnych i współpracy

Równolegle z obserwacjami na wielu długościach fal prowadzonymi przez Hiramatsu, Edo Berger, profesor astronomii na Harvardzie i CfA oraz doradca Hiramatsu, przeprowadził obserwacje supernowej na falach milimetrowych za pomocą CfA Matryca submilimetrowa (SMA) na szczycie Maunakea na Hawajach. Dane te opublikowane w Listy do dzienników astrofizycznych, bezpośrednio śledził zderzenie pozostałości supernowej z gęstym materiałem utraconym przed eksplozją. „SN 2023ixf eksplodował w odpowiednim momencie” – powiedział Berger. „Zaledwie kilka dni temu rozpoczęliśmy nowy, ambitny trzyletni program badania eksplozji supernowych za pomocą SMA, a naszym pierwszym celem była ta ekscytująca, pobliska supernowa”.

„Jedynym sposobem, aby zrozumieć, jak masywne gwiazdy zachowują się w ostatnich latach swojego życia aż do momentu eksplozji, jest wykrycie supernowych, gdy są bardzo małe, najlepiej w pobliżu, a następnie zbadanie ich na różnych długościach fal” – powiedział Berger. „Korzystając zarówno z teleskopów optycznych, jak i milimetrowych, udało nam się skutecznie przekształcić SN 2023ixf w wehikuł czasu, który pozwala zrekonstruować, co robiła jej gwiazda przodek aż do chwili swojej śmierci”.

Znaczenie astronomów-amatorów

Samo odkrycie supernowej i natychmiastowe obserwacje mają ogromne znaczenie dla astronomów na całym świecie, także tych, którzy zajmują się nauką na własnym podwórku. Itagaki odkrył supernową 19 maja 2023 roku ze swojego prywatnego obserwatorium w Dobraama w Japonii. Dane zebrane przez Itagaki i innych astronomów-amatorów w dużej mierze pozwoliły na dokładne określenie czasu eksplozji Dokładność W ciągu dwóch godzin, dając zawodowym astronomom z CfA i innych obserwatoriów przewagę w badaniach. Astronomowie CfA w dalszym ciągu współpracowali z Itagakim w zakresie bieżących obserwacji optycznych.

„Partnerstwo pomiędzy astronomami amatorami i zawodowymi ma długą tradycję sukcesów w dziedzinie supernowych” – powiedział Hiramatsu. „W przypadku SN 2023ixf otrzymałem pilną wiadomość e-mail od Kōichi Itagaki, gdy tylko odkrył SN 2023ixf. Bez tej relacji oraz pracy i poświęcenia Itagakiego stracilibyśmy okazję do zdobycia krytycznego zrozumienia ewolucji masywnych obiektów gwiazdy i ich eksplozje supernowych.”

Bibliografia:

„Od odkrycia do pierwszego miesiąca supernowej typu II 2023ixf: duża i zmienna utrata masy w ostatnim roku przed eksplozją” Daichi Hiramatsu, Daichi Tsuna, Edo Berger, Koichi Itagaki, Jared A. Goldberg, Sebastian Gomes, Kishalai D., Griffin Hosseinzadeh, K. Azali Bostrom, Peter J. Brown, Iyer Arcavi, Alison Perrella, Peter K. Blancharda, Gilberta A. Esquierdo, Josepha Faraha, dr. Andrew Howell, Tatsuya Matsumoto, Curtis McAuley, Megan Newsom, Estefania Padilla Gonzalez, Craig Pellegrino, Jaehyun Rhee, Giacomo Teran, Joseph Venco i J. Craig Wheeler, 19 września 2023 r., Listy do dzienników astrofizycznych.
doi: 10.3847/2041-8213/acf299

„Obserwacje milimetrowe typu II SN 2023ixf: ograniczenia otaczającego ośrodka międzygwiazdowego” Ido Berger, Garrett K. Keating, Raffaella Margutti, Keiichi Maeda, Kate D. Alexander, Yvette Sindis, Taranah Eftekhari, Mark Jurwell, Daichi Hiramatsu, Anna Y. Q. Ho, Tanmoy Laskar, Ramprasad Rao i Peter K. G. Williams, 10 lipca 2023 r., Listy do dzienników astrofizycznych.
doi: 10.3847/2041-8213/ace0c4