Astronaujiena. Planetų medžiotojas padėjo ištirti neįprastą supernovą

Supernovos yra žvaigždžių sprogimai, kurių šviesumas kuriam laikui gali nustelbti visos galaktikos šviesą. Vienas supernovų porūšis, vadinamas Ia tipu, įvyksta, kai sprogsta baltoji nykštukė – jau mirusios į Saulę panašios žvaigždės liekana. Ia tipo supernovų šviesumas labai glaudžiai susijęs su jų šviesėjimo bei blausimo sparta, taigi stebėdami supernovos vystymąsi keletą savaičių, galime labai tiksliai nustatyti ir jos šviesumą, o tai leidžia labai tiksliai išmatuoti atstumą iki jos. Dėl šių savybių – didelio ir gerai išmatuojamo šviesio – supernovos naudojamos labai dideliems kosminiams atstumams matuoti, bei netgi tyrinėti Visatos plėtimosi spartą ir jos kitimą laikui bėgant.


Prieš 40 tūkstančių metų sprogusios supernovos liekana Simeis 147, dar žinoma kaip Spagečių ūkas. Šaltinis: Emil Ivanov

Tačiau ne visos Ia tipo supernovos yra vienodos. Kai kurios šviečia blyškiau, kitos – ryškiau nei dauguma. Jas visas sukelia nevaldomos termobranduolinės reakcijos baltosiose nykštukėse, kai jų masė viršija kritinę Chandrasekharo ribą – 1,4 Saulės masės. Yra du būdai, kaip riba gali būti viršyta: baltoji nykštukė arba prisisiurbia medžiagos iš kaimyninės žvaigdės, tapusios raudonąja milžine, arba susijungia su kita baltąja nykštuke. Pirmu atveju sprogimo liekanoje turėtų matytis kažkiek vandenilio, kuris išmetamas sprogimo pradžioje, taip pat galima įžiūrėti sprogimo bangos susidūrimo su žvaigžde-kompanione signalą. Antruoju atveju vandenilio arba nėra visai, arba matoma labai nedaug, kai sprogimas pasiekia tarpžvaigždinę medžiagą. Abu procesai prognozuoja skirtingą supernovos šviesį bei šviesėjimo ir blausimo evoliuciją, tačiau įvairios jų detalės kol kas nelabai gerai suprastos. Pavyzdžiui, kol kas dar nei viename sprogime nepavyko užfiksuoti vandenilio, nupūsto nuo žvaigždės-kompanionės, pėdsakų. Kelete supernovų vandenilis aptiktas, bet tai buvo tarpžvaigždinės medžiagos vandenilis.


Dviejų Ia tipo supernovų kilmės procesų iliustracija. Kairėje – baltųjų nykštukių susijungimas, dešinėje – medžiagos rijimas iš kompanionės. Šaltinis: Wikimedia Commons ir Discover Magazine bei Astrobites

Dabar pirmą kartą tai padaryta, tačiau sprogimas, kuriame atrastas vandenilis, yra labai keistas, galimai įvykęs ne dvinarėje, o trinarėje žvaigždžių sistemoje. Sprogimas, aptiktas pernai ir pažymėtas katalogo numeriu ASASSN-18tb (santrumpa čia žymi stebėjimų programą All-Sky Automated Survey for SuperNovae). Signalas aptiktas tik praėjus maždaug 17 parų po sprogimo pradžios, supernovos šviesiui jau pradėjus mažėti. Tačiau sprogimas įvyko dangaus vietoje, kurią praktiškai visą laiką stebi egzoplanetų paieškos teleskopas TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite). Jo duomenyse irgi atrastas sprogimas ir nustatyta šviesumo priklausomybė nuo laiko per pirmąsias 17 parų ir vėliau.


ASASSN-18tb atradimas. Kairėje – archyvinė nuotrauka, raudonu apskritimu pažymėta supernovos vieta, kurioje nieko nematyti. Dešinėje – tas pats dangaus plotas po sprogimo, raudoname apskritime aiškiai matyti ryškiai spindintis objektas, nustelbiantis galaktikos šviesą. Šaltinis: Brimacombe et al. (2018), The Astronomer’s Telegram

TESS duomenys parodė, kad šis supernovos sprogimas yra labai „įprastas“ – ir didžiausias šviesumas, ir šviesio augimas bei kritimas puikiai atitinka pavienės baltosios nykštukės sprogimo modelius. Tą patį parodė ir dauguma spektrų. Tačiau dalyje spektrų taip pat aptiktas ir vandenilio signalas; tiksliau – jonizuoto vandenilio, judančio maždaug 1000 km/s greičiu. Toks greitis yra labai didelis, bet gerokai mažesnis už pačios supernovos liekanos plitimo greitį tokioje ankstyvoje stadijoje, taigi vandenilio šaltinis negali būti sprogstanti žvaigždė. Be to, vandenilio signalas atsirado tik praėjus 37 dienoms po sprogimo momento; per tiek laiko supernovos liekana galėjo išsiplėsti apie 200 astronominių vienetų – gerokai toliau, nei žvaigždė-kompanionė, galinti maitinti baltąją nykštukę. Taigi mažai tikėtina ir hipotezė, kad vandenilis buvo nupūstas nuo greta buvusios žvaigždės. Tačiau 200 astronominių vienetų atstumu tikrai gali būti trečia sistemos žvaigždė, kurios išmetamą medžiagą suspaudė, jonizavo ir įkaitino supernovos sprogimo banga.


Greitai judančios žvaigždės Gyvatnešio Zetos kuriama smūginė banga. Supernovų sprogimai taip pat sukuria smūgines bangas. Šaltinis: NASA/JPL-Caltech

Galima būtų manyti, kad ASASSN-18tb vandenilis yra tiesiog tarpžvaigždinė medžiaga, kurią tokiu atstumu jau tikrai turėjo pasiekti supernovos sprogimo banga. Tačiau tokiai interpretacijai prieštarauja dvi detalės. Pirma – matomas signalas yra gerokai silpnesnis, nei kitų supernovų, sąveikaujančių su aplinkine medžiaga. Antra – supernova aptikta elipsinėje galaktikoje, o jose tarpžvaigždinės medžiagos apskritai beveik nėra, taigi bet koks vandenilio signalas yra menkai tikėtinas.

Kuo svarbus šis atradimas? Visų pirma, labai įdomu, kad pirmasis nuo žvaigždės nupūsto vandenilio signalas aptiktas tokioje neįprastoje sistemoje. Trinarės sistemos yra daug retesnės už dvinares, taigi jei būtų daug dvinarių sistemų, kuriose sprogstančios supernovos nupučia žvaigždės-kompanionės išorinius sluoksnius, būtų tikėtina, kad mes jas aptiktume anksčiau, nei trinares. Visgi daryti toli siekiančias išvadas iš vieno objekto būtų skubota – galbūt tai tiesiog atsitiktinumas. Bet jei ateityje paaiškėtų, kad nupučiamas vandenilis randamas tik trinarėse sistemose, tai reikštų, kad Ia tipo supernovos labai retai kyla baltajai nykštukei ryjant žvaigždės-kompanionės medžiagą, o ne susijungiant su kita nykštuke. Kol kas nėra žinoma, kuris iš dviejų būdų įvykti supernovai yra dažnesnis; tokie atradimai galėtų atsakyti į šį klausimą.

Antra atradimo svarba – TESS duomenų panaudojimas. TESS stebi beveik visą dangų, nors ir ne visą laiką. ASASSN-18tb įvyko arti pietinio dangaus ašigalio, lauke, kurį TESS stebi nuolatos, bet net ir kitus dangaus laukus jis stebi po 27 paras. Per tiek laiko galima pamatyti nemažą supernovos vystymosi dalį, taigi šio teleskopo duomenų išnaudojimas gali reikšmingai padėti kitoms sritims, nei vien tik egzoplanetų mokslas.

Tyrimo rezultatai publikuojami Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. Laisvai prieinamą versiją rasite arXiv.

Šią naujieną parašiau, nes turiu daug dosnių rėmėjų Patreon platformoje. Jei manote, kad mano tekstai verti vieno kito dolerio per mėnesį, mane paremti galite ir jūs.

Laiqualasse

Leave a Reply

El. pašto adresas nebus skelbiamas.