Dodano: 30 czerwiec 2021r.

Odkrycie nowego typu supernowych wyjaśnia średniowieczną zagadkę

Zespół naukowców z Obserwatorium Las Cumbres odkrył pierwsze przekonujące dowody na istnienie nowego typu supernowej. Choć astronomowie spekulowali na ten temat już od 40 lat, to dotąd nie udało się niczego stwierdzić z całą pewnością. Teraz wszystko się zmienia za sprawą supernowej skatalogowanej pod nazwą SN 2018zd.

Odkrycie nowego typu supernowych wyjaśnia średniowieczną zagadkę

 

Eksperci uważają, że nowo odkryty typ supernowej powstaje w wyniku eksplozji masywnych gwiazd typu SAGB (z j. ang.: super-asymptotic giant branch). Badania opublikowane w czasopiśmie “Nature Astronomy” (DOI: 10.1038/s41550-021-01384-2) rzucają również nowe światło na tajemnicę wybuchu supernowej z 1054 roku, która była widoczna na całym świecie także w ciągu dnia, ostatecznie przemieniając się w Mgławicę Kraba.

Supernowe

Wybuch supernowej to ostatni etap życia gwiazdy - potężna eksplozja, która zmiata wszystko na swojej drodze i oznacza jej śmierć. Naukowcy dzielą supernowe na dwa typy, które mają kilka podtypów. Z grubsza można powiedzieć, że typ I powstaje w wyniku eksplozji termonuklearnej zazwyczaj w układzie podwójnym - gdy wokół białego karła krąży inna gwiazda, mniejszy składnik tego układu może przechwytywać materię swojego sąsiada. Gdy przekroczy odpowiednią masę (nie większą niż 8 razy masy naszego Słońca) wybucha jako supernowa typu I.

Supernowa typu II powstaje z gwiazdy o masie co najmniej 10 mas naszego Słońca. Gdy takiej gwieździe kończy się paliwo jądrowe, żelazowe jądro zapada się pod wpływem grawitacji, tworząc czarną dziurę lub gwiazdę neutronową.

Naukowcy pod koniec ubiegłego wieku założyli istnienie przynajmniej jeszcze jednego typu tego rodzaju eksplozji, który mieściłby się pomiędzy dwoma głównymi typami. Taka supernowa powstawałaby z gwiazd, które rozmiarami mieszczą się między 8 a 10 masami Słońca i których jądra składają się z tlenu, neonu i magnezu i nie są wystarczająco masywne, aby wytworzyć żelazo. Jak dotąd naukowcom nie udało się jednak zaobserwować podobnych gwiazd. Aż do teraz.

Supernowa wychwytująca elektrony

Grawitacja zawsze próbuje zmiażdżyć gwiazdę, jednak w większości przypadków przed jej zapadnięciem chroni ją trwająca fuzja jądrowa. W supernowej z wychwytem elektronów(ECS - electron capture supernova), część elektronów w jądrze tlenowo-neonowo-magnezowym jest przechwytywanych przez proton z jądra atomowego. To usunięcie elektronów powoduje, że jądro gwiazdy zapada się pod własnym ciężarem, co skutkuje powstaniem supernowej wychwytującej elektrony. Gdyby taka gwiazda była nieco bardziej masywna, w jej jądrze utworzyłyby się cięższe pierwiastki, co wydłużyłoby jej życie.

Ta teoria została sformułowana w 1980 roku przez Ken'ichi Nomoto z Uniwersytetu w Tokio. Przez dziesięciolecia teoretycy przewidywali, jak powinna wyglądać supernowa wychwytująca elektrony, jednak do teraz nie udało się zaobserwować podobnego obiektu.

Nowe badania są prowadzone przez Daichi Hiramatsu z UC Santa Barbara i Las Cumbres Observatory (LCO). Hiramatsu należy też do Global Supernova Project, ogólnoświatowego zespołu naukowców korzystających z dziesiątków teleskopów. Zespół odkrył, że supernowa SN 2018zd miała wiele niezwykłych cech, niektóre z nich zostały zaobserwowane po raz pierwszy w historii.

Pomogło też to, że eksplozja miała miejsce stosunkowo blisko, bo zaledwie 31 milionów lat świetlnych od Ziemi, w galaktyce NGC 2146. Pozwoliło to zespołowi na poszukiwania archiwalnych zdjęć wykonanych przez Teleskop Hubble'a przed wybuchem i spojrzenie na gwiazdę jeszcze za jej życia.

Autorzy przejrzeli wszystkie opublikowane dane i odkryli, że SN 2018zd miała wszystkie cechy charakterystyczne dla supernowych z wychwytem elektronów: gwiazda była typu SAGB, nastąpiła duża utrata masy przed wybuchem, gwiazda posiadała nietypowy skład chemiczny, wybuch był słaby, a radioaktywność niewielka.

- Zaczęliśmy od pytania: co to za dziwadło? - mówi Hiramatsu. - Następnie zbadaliśmy każdy aspekt SN 2018zd i zdaliśmy sobie sprawę, że wszystkie jej cechy można wyjaśnić w scenariuszu wychwytu elektronów – dodaje.

Tajemnica sprzed tysiąca lat

Nowe odkrycia mogą pomóc w zrozumieniu tajemnicy najsłynniejszej supernowej z przeszłości. W 1054 roku w Drodze Mlecznej doszło do wybuchu supernowej, która według chińskich i japońskich zapisów była tak jasna, że można ją było obserwować w dzień przez ponad trzy tygodnie, a w nocy przez prawie dwa lata. Jej pozostałością jest Mgławica Kraba.

Do tej pory to właśnie supernowa sprzed niemal tysiąca lat była główną kandydatką do trzeciego typu. Nowe badanie zwiększa pewność, że historyczna SN 1054 była supernową w wychwytem elektronów. Wyjaśnia również, dlaczego ta supernowa była tak jasna. Stało się tak przez wyrzut materii przed wybuchem, tak jak to było widoczne w przypadku SN 2018zd.

Ken Nomoto z Uniwersytetu w Tokio wyraził ekscytację, że jego teoria została potwierdzona. - Jestem bardzo zadowolony, że w końcu odkryto supernową przechwytującą elektrony, której istnienie i związek z Mgławicą Krab przewidzieliśmy wraz z moimi kolegami 40 lat temu – stwierdził naukowiec.

 

Źródło: University of California - Santa Barbara, fot. NASA/STSCI/J. Depasquale; Las Cumbres Observatory