Эти звездные взрывы, получившие название «сверхновые, богатые кальцием», настолько редки, что астрофизики изо всех сил пытались найти и впоследствии изучить их. Таким образом, природа этих сверхновых и механизм их образования кальция остаются неуловимыми.
Теперь команда под руководством Северо-Западного университета потенциально раскрыла истинную природу этих редких загадочных событий. Впервые в истории исследователи исследовали богатую кальцием сверхновую, получившую название SN 2019ehk, с помощью рентгеновских изображений, что позволило получить беспрецедентный взгляд на звезду в последний месяц ее жизни и окончательный взрыв.
Исследование, включающее данные W. M. Обсерватория Кека на Маунакее на Гавайях, опубликована в номере журнала Astrophysical Journal от 5 августа 2020 г.
Новые данные показали, что сверхновая, богатая кальцием, представляет собой компактную звезду, которая на последних этапах своей жизни выделяет внешний слой газа. Когда звезда взрывается, ее вещество сталкивается с рыхлым материалом внешней оболочки, испуская яркие рентгеновские лучи. Общий взрыв вызывает очень высокие температуры и высокое давление, вызывая ядерную реакцию, которая производит кальций.
«Этих событий настолько мало, что мы никогда не знали, что привело к появлению сверхновой, богатой кальцием», – сказала ведущий автор Винн Якобсон-Галан, научный сотрудник NSF в Северо-Западном университете. "Наблюдая за тем, что эта звезда делала в последний месяц, прежде чем она достигла критического, бурного конца, мы заглянули в ранее неизведанное место, открывая новые возможности изучения преходящей науки."
«До этого события у нас была косвенная информация о том, какие сверхновые, богатые кальцием, могут быть, а какие нет», – сказала старший автор Рафаэлла Маргутти, доцент кафедры физики и астрономии Северо-Западного университета и член CIERA (Центр междисциплинарных исследований и исследований). в астрофизике). "Теперь мы можем с уверенностью исключить несколько возможностей."
‘Самый богатый из богатых’
В то время как весь кальций поступает от звезд, богатые кальцием сверхновые обладают самым мощным эффектом. Типичные звезды медленно производят небольшое количество кальция, сжигая гелий на протяжении всей своей жизни.
С другой стороны, сверхновые, богатые кальцием, производят огромное количество кальция за секунды.
«Взрыв пытается остыть», – пояснил Маргутти. "Он хочет отдавать свою энергию, и выброс кальция – эффективный способ сделать это."
Используя спектрометр низкого разрешения (LRIS) обсерватории Кека, исследователи обнаружили, что SN 2019ehk испускает наибольшее количество кальция, когда-либо наблюдавшееся в единственном астрофизическом событии.
«Красивый спектр Кека показал, что он не только богат кальцием», – сказал Маргутти. "Это был самый богатый из богатых."
“ Глобальное сотрудничество было зажжено ”
В апреле 2019 года астроном-любитель Джоэл Шеперд получил самое первое изображение SN 2019ehk, а Ярослав Гжегожек первым сообщил на Transient Name Server новости о новой сверхновой в Мессье 100 (M100), спиральной галактике, расположенной в 55 миллионах световых лет. с Земли.
«Как только мир узнал, что в M100 есть потенциальная сверхновая, началось глобальное сотрудничество», – сказала Якобсон-Галан. "Каждая страна с выдающимся телескопом повернулась, чтобы посмотреть на этот объект."
Операция по наблюдению во всем мире продвигалась так быстро, что сверхновую наблюдали всего через 10 часов после взрыва. Ведущие обсерватории, такие как Swift Satellite NASA, Обсерватория Лик и Обсерватория Кека, были среди телескопов, задействованных для исследования SN 2019ehk в оптических длинах волн.
Аспирантка Калифорнийского университета в Санта-Барбаре Даичи Хирамацу была первой, кто запустил Swift для изучения SN 2019ehk в рентгеновских и ультрафиолетовых лучах. Рентгеновское излучение, обнаруженное с помощью Swift, сохранялось всего пять дней, прежде чем полностью исчезло.
«В мире переходных процессов мы должны открывать вещи очень, очень быстро, прежде чем они исчезнут», – сказал Маргутти. "Изначально никто не искал рентгеновские снимки. Даичи кое-что заметила и предупредила нас о странном появлении чего-то похожего на рентгеновские лучи.
Мы посмотрели на изображения и поняли, что что-то там есть. Он был намного ярче, чем кто-либо мог подумать. Ранее не существовало теорий, предсказывающих, что переходные процессы, богатые кальцием, будут настолько яркими в рентгеновских лучах."
Открытие новых улик
Кратковременная светимость SN 2019ehk рассказала еще одну историю о ее природе. Исследователи с Северо-Запада считают, что звезда в последние дни своей жизни выпустила внешний слой газа.
Когда звезда взорвалась, ее материал столкнулся с этим внешним слоем, чтобы произвести яркую, энергичную вспышку рентгеновских лучей.
«Светимость говорит нам, сколько материала отбрасывает звезда и насколько близко этот материал был к звезде», – сказал Якобсон-Галан. "В этом случае звезда потеряла очень небольшое количество материала прямо перед тем, как взорваться. Этот материал все еще был поблизости."
Хотя космический телескоп Хаббл наблюдал за M100 в течение последних 25 лет, мощное устройство так и не зарегистрировало звезду, которая переживала окончательную эволюцию, ответственную за SN 2019ehk. Исследователи использовали изображения Хаббла, чтобы изучить место появления сверхновой до того, как произошел взрыв, и заявили, что это еще один ключ к истинной природе звезды.
«Скорее всего, это был белый карлик или массивная звезда с очень малой массой», – сказал Якобсон-Галан. "Оба были бы очень слабыми."
«Без этого взрыва вы бы не узнали, что там когда-либо было что-нибудь», – добавил Маргутти. "Даже Хаббл не видел этого."
Исследование «SN 2019ehk: двухпиковый переходный процесс, богатый кальцием, со световым рентгеновским излучением и ударно-ионизированными спектральными характеристиками», было поддержано Национальным научным фондом (номера наград DGE-1842165, PHY-1748958 и AST-1909796.)