Vzdálené exponované prvky supernovy z jádra hvězdy. Výsledek přetváří myšlenky, jak se vyvíjejí masivní hvězdy.
Podle dlouhodobé teorie jsou hvězdy postaveny ve vrstvách, jako je cibule, přičemž každá vrstva se skládá z různých prvků, které rostou těžší vůči jádru. I když je tento model široce přijímán, přímo pozorování hlubších vrstev hvězdy bylo téměř nemožné.
Až dosud.
Astronomové využívající Observatoř Keck na Havaji shromáždili spektroskopická data z supernovy, která byla poprvé identifikována Zwicky Transient Facility v roce 2021. K události, označené SN 2021YF, došlo 2,2 miliardy světelných let. Pozorování Kecků odhalila ionizované křemík, síru a argon, prvky nikdy předtím v supernově, protože jsou obvykle skryty pod vnějšími vrstvami.
Potvrzení a náročné teorie
Zjištění podporuje některé teoretické předpovědi o struktuře explodujících hvězd, ale také vyvolává nové výzvy.
Je dobře prokázáno, že masivní hvězdy vrhají materiál z jejich vnějších vrstev, když se blíží bodu kolapsu do supernovy. Tento proces byl mnohokrát zdokumentován a nová data to znovu potvrzují. Zdá se však, že SN 2021YF ztratil mnohem více materiálu než jakákoli hvězda, která byla pozorována předtím, takže astronomové přehodnotili, jak extrémní tento stripovací proces může být.
Pozorování jsou uvedena v novém článku s názvem „Místo kosmické formace křemíku a síry odhalené novým typem exploze supernovy“ Hlavním autorem je Steve Schulze, výzkumný spolupracovník Northwestern UniversityCentrum pro interdisciplinární průzkum a výzkum v astrofyzice (Ciera).
„Je to poprvé, co jsme viděli hvězdu, která byla v podstatě svléknuta na kost,“ řekl hlavní autor Schulze. „Ukazuje nám, jak jsou hvězdy strukturovány, a dokazuje, že hvězdy mohou ztratit hodně materiálu dříve, než explodují. Nejenže mohou ztratit své nejvzdálenější vrstvy, ale mohou být zcela svléknuty až do jádra a stále vytvářejí brilantní explozi, kterou můžeme pozorovat z velmi, velmi daleko.“
Když astronomové studují supernovy, nejvýznamnější signály obvykle pocházejí z lehkých prvků, jako je vodík a helium. Pokud tyto vnější vrstvy již byly odstraněny, mohou být také viditelné podpisy uhlíku, kyslíku, neonu a hořčíku. Hlubší skořápky, které obsahují těžší prvky, jako je křemík, síra a argon, obecně zůstávají skryty před pohledem.
Po celá desetiletí hvězdná teorie popsala masivní hvězdy jako strukturované v soustředných vrstvách, podobně jako prsteny cibule. Nová data Keck poskytují výrazné potvrzení tohoto modelu. Odhalením vnitřního složení hvězdy těsně před jeho explozí nabízejí tato pozorování nejjasnější důkaz dosud v přímé podpoře vrstvené struktury předpovídané teorií.
Neočekávaná hromadná ztráta
Pozorování však také představují výzvu. Astrofyziky vědí, že masivní hvězdy vyhazují materiál před explodem jako supernova. Šokové vlny z vyloučené hmoty interagují s okolním médiem, zahřívají jej a vytvářejí pozorovatelné světelné podpisy. Ale SN 2021yf však musel vystřelit mnohem více materiálu, než je možné, protože je svlékán na jeho jádro.
„Tato událost doslova vypadá, že nic, co by někdo nikdy neviděl,“ dodal Adam Miller, docent fyziky a astronomie na Northwestern a vedoucí autor ve studii. „Tato hvězda nám říká, že naše myšlenky a teorie o tom, jak se hvězdy vyvíjejí, jsou příliš úzké. Není to tak, že naše učebnice jsou nesprávné, ale zjevně zcela nezachycují vše vyrobené v přírodě. Pro masivní hvězdu musí existovat více exotických cest, aby ukončila její život, který jsme neuvažovali.“
Masivní hvězdy mají sílu spojovat lehčí prvky do těžších prvků v procesu zvaném nukleosyntéza. (Bez hvězdné nukleosyntézy by jedinými prvky ve vesmíru byly ty, které byly vytvořeny během Velký třesk.) Během svého života fúze masivní hvězda spaluje lehčí prvky jako vodík a helium ve svých vnějších skořápkách, zatímco v jádru spaluje postupně těžší prvky v jeho hlubších vrstvách. Nakonec hvězda končí železným jádrem. Železo nelze spálit, aby uvolnil více energie, takže jakmile jádro dominuje železo, fúze prakticky přestane. Bez vnějšího tlaku z fúze se hvězda zhroutí a exploduje jako supernova.
Vidět skryté vrstvy
Astrofyzicisté pozorovali vrstvy helia, uhlíku a kyslíku v explozi hvězd předtím, které jsou viditelné poté, co hvězda vypustila svou vnější vrstvu vodíku. Pozorováním křemíku, síry a argonu to znamená, že tato hvězda vypustila nejen svou vnější vrstvu helia, ale také jiné vrstvy. Pravděpodobně se to stalo spíše ve více epizodách než najednou.
„Hvězdy zažívají velmi silné nestability,“ řekl Schulze. „Tyto nestability jsou tak násilné, že mohou způsobit, že se hvězda stane. Pak najednou osvobozuje tolik energie, že to vrhá své nejvzdálenější vrstvy. Může to udělat několikrát.“
Alex Filippenko je profesorem astronomie v UC Berkeley a spoluautorem příspěvku. Když byl objeven SN 2021YF, náhodou pracoval s Keckem, a rychle se otočil, aby zachytil své spektrum s Keckem LRIS. „Je tak vzrušující objevit novou třídu explodující hvězdy, zejména ta, která poskytuje potvrzení některých našich teorií o tom, jak se masivní hvězdy vyvíjejí s časem, ale také odhalují zajímavé nové hádanky,“ řekl Filippenko. „Bylo velmi šťastné, že můj tým používal Telescope Keck I The Night Sn 2021YFJ byl objeven – dokázali jsme získat spektrum, které přímo vedlo k poznání, že se jednalo o neuvěřitelně zvláštní typ supernovy. Příležitosti tohoto druhu jsou vzácné!“
Směrem k novému typu supernovy
Křemík, síra a argon v hvězdě nebyly vždy přítomny. Tyto prvky byly vytvořeny nukleosyntézou v interiéru hvězdy, když se blížila ke konci jeho života.
„Tato hvězda ztratila většinu materiálu, který produkoval po celý život,“ řekl Schulze. „Takže jsme mohli vidět pouze materiál vytvořený během měsíců těsně před jeho explozí. Způsobilo to něco velmi násilného.“
Tato otázka je jádrem tohoto objevu. Je SN 2021YFJ novým typem supernovy definován výkonným novým procesem, který jej zbavil jeho vnějších vrstev? Některá vysvětlení, která tým zvažuje, jsou interakcemi s doprovodnou hvězdou, neobvyklými a extrémně silnými hvězdnými větry a masivní erupcí, která předcházela explozi Supernovy.
Přehodnocení hvězdných explozí
„Masivní hvězdy mohou ztratit značné množství své porodní hmoty prostřednictvím hvězdných větrů, erupcí a interakce se doprovodnou hvězdou,“ píšou vědci ve svém článku. Přítomnost helia v končetním materiálu této hvězdy je záhadná, protože helium je obvykle vypuštěno dříve v procesu SN. „Vzhledem k tomu, že masivní hvězdy mají tendenci žít v binárních systémech, nemusí být příliš nepravděpodobné, že by měl společníka helia-hvězdy se silným větrem,“ píšou. To by mohlo vysvětlit helium.
Vědci si myslí, že nejpravděpodobnějším vysvětlením je, že tato masivní hvězda se jednoduše roztrhla. Stellar Cores masivních hvězd jsou pod intenzivním gravitačním tlakem, který zvyšuje jejich základní teploty, dokud není nutná jaderná fúze, a generuje silnou explozi. Exploze odstřeluje vnější vrstvy hvězdy. Proces je opakující se a pokaždé, když se to stane, je vypuštěno více materiálu, dokud není vidět hlubší jádro.
Supernovy jsou klasifikovány podle spektroskopie a klasifikace jsou soustředěny na vodík. Typ 1 ukazuje helium, ale žádné vodík a typ 2 nevykazují vodík. Pak jsou pod každou z těchto klasifikací podávané typy založené na jiných spektrálních liniích. Sekvence značených podoblastí odráží množství strippingu v hvězd progenitorů.
První svého druhu
„Naše pozorování … naznačují, že SN 2021YFJ je skutečně prvním příkladem typu Ien SN,“ píšou vědci ve svém příspěvku. Jedná se o nový typ, který postrádá linie z vodíku nebo helia, a místo toho dominují emisní linie z vysoce ionizovaného křemíku, síry a argonu.
Protože existuje pouze jeden příklad tohoto typu, stále existuje mnoho otázek. Jak je tomu často v astronomii, větší datový soubor pravděpodobně povede k některým odpovědím.
„I když máme teorii pro to, jak příroda vytvořila tento konkrétní explozi,“ řekl Miller, „vsadil bych svůj život, že je to správné, protože stále máme jen jeden objevený příklad. Stále plně nechápeme, jak příroda tento konkrétní exploze vytvořila. Tato hvězda podtrhuje potřebu odhalit více těchto vzácných supernov, že je můžeme pokračovat v jejich studiu.“
Reference: „Kosmická forma křemíkonu a síry odhalené novým typem exploze supernovy“ od Steve Schulze, Avishay Gal-Yam, Luc Dessart, Adam A. Miller, Stan E. Wowley, Yi Yang, Matia, z Yaronu, Axei v. Ragnhild Lunnan, Nikhil Sariin, Sean J. Brennan, Thomas G. Bruch, Rachel J. Bruch, Ping Chen, Kastav K. Gangopahyyayy, Ido Irani, Anders JerkSstrand, Nikola Knezevic, Doron Kushnir, Keichi Maeda, Kate, Conor MB Orand, Orand, orand, orand Qin, Yashvi Sharma, Tawny City, Gokul P. Srinivasaragavan, Nora L. Strothjohann, Yuki Takei, Eli Waxman, Lin Yan, Yao, Weikang Zheng, Erez A. Zimmerman, Eric C. Bellm, Michael W. Coughlin, Frank. J. Masci, Joshua Purdum, Mickael Rigault, Avery Wold a Shrinivas R. Kulkarni, 3. září 2024, Arxiv.
Doi: 10,48550/arxiv.2409.02054
Přizpůsobeno z článku původně zveřejněného na Vesmír dnes.
Nikdy nezmeškáte průlom: Připojte se k zpravodaji Scitechdaily.
