Astronomii au asistat la moartea spectaculoasă a unei stele

Observațiile cu mai multe telescoape oferă noi perspective asupra etapelor finale ale evoluției unei stele masive înainte ca aceasta să explodeze într-o supernovă cu colaps al miezului. Observațiile fără precedent ale unei supernove din apropiere în 2020 le-au oferit astronomilor o privire extraordinar de detaliată asupra exploziei unei stele masive, inclusiv imagini făcute imediat înainte și după explozie. Rezultatul este o imagine completă a morții unei stele supergigant roșii atunci când rămâne fără combustibil, se prăbușește sub propria sa gravitație și explodează într-o supernovă cu colaps de miez. „Obișnuiam să vorbim despre munca supernovei ca și cum am fi fost anchetatori la locul crimei, unde apăream după fapt și încercam să ne dăm seama ce sa întâmplat cu acea stea”, a explicat Ryan Foley, profesor asistent de astronomie și astrofizică la UC Santa Cruz. . „Aceasta este o situație diferită, pentru că știm cu adevărat ce se întâmplă și vedem de fapt moartea în timp real”.

Astronomii au văzut recent explozia supernovei SN 2020fqv în interiorul galaxiilor Fluture, aflate la aproximativ 60 de milioane de ani lumină depărtare, în constelația Fecioarei. Cercetătorii au instruit rapid telescopul spațial Hubble de la NASA și alte telescoape spațiale și terestre, oferind o imagine cuprinzătoare a unei supernove aflate în cea mai timpurie etapă de explozie. Aceste imagini sunt un compus din expuneri de arhivă separate, obținute de instrumentul WFPC2 de pe telescopul spațial Hubble și date optice la sol mai recente de la Observatorul Lick. (Credit imagine: NASA, ESA, Ryan Foley; Procesarea imaginii: Joseph DePasquale, STScI)

Echipa lui Foley și-a raportat descoperirile într-o lucrare publicată pe 21 octombrie în revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. Supernova, numită SN 2020fqv, se află în galaxiile fluturi care interacționează, care sunt situate la aproximativ 60 de milioane de ani lumină distanță în constelația Fecioarei. A fost descoperit în aprilie 2020 de Zwicky Transient Facility de la Observatorul Palomar din San Diego, California. Astronomii și-au dat seama că supernova a fost observată simultan de către Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS), un satelit NASA conceput în primul rând pentru a descoperi exoplanete. Ei au instruit rapid telescopul spațial Hubble pe acesta, precum și o suită de telescoape de la sol, inclusiv la Observatorul Lick al UC și la Observatoarele Keck și Gemini din Hawaii. Împreună, aceste observatoare au oferit o viziune holistică a unei stele aflate în stadiul cel mai timpuriu al distrugerii. Hubble a sondat materialul foarte aproape de stele, numit material circumstelar, la doar câteva ore după explozie. Acest material a fost aruncat de pe stea în ultimul an de viață. Aceste observații au permis astronomilor să înțeleagă ce se întâmplă cu steaua chiar înainte de a muri.

„Rareori putem examina acest material circumstelar foarte apropiat, deoarece este vizibil doar pentru o perioadă foarte scurtă de timp și, de obicei, nu începem să observăm o supernova decât la cel puțin câteva zile după explozie”, a explicat primul autor Samaporn Tinyanont. cercetător postdoctoral la UCSC. „Pentru această supernovă, am reușit să facem observații ultra-rapide cu Hubble, oferind o acoperire fără precedent a regiunii de lângă steaua care a explodat”. TESS a oferit o imagine a sistemului la fiecare 30 de minute, începând cu câteva zile înainte de explozie prin explozia în sine și continuând timp de câteva săptămâni. Echipa a analizat, de asemenea, observațiile Hubble ale stelei din anii 1990. Hubble a fost folosit din nou la doar câteva ore după ce astronomii au detectat pentru prima dată explozia. Și din studierea materialului circumstelar cu Hubble, oamenii de știință au înțeles ce se întâmpla în jurul stelei în deceniul precedent. Combinând toate aceste informații, echipa a reușit să creeze o privire de mai multe decenii asupra ultimilor ani ai vedetei. „Acum avem toată povestea despre ceea ce se întâmplă cu steaua în anii dinaintea morții, până la momentul morții și apoi consecințele acesteia”, a spus Foley. „Aceasta este într-adevăr cea mai detaliată vedere a stelelor ca aceasta în ultimele lor momente și a modului în care explodează.” Piatra Rosetta a Supernovelor Tinyanont și Foley au numit SN 2020fqv „Piatra Rosetta a supernovelor”. Vechea Piatră Rosetta, care are același text înscris în trei scripturi diferite, a ajutat experții să învețe să citească hieroglifele egiptene. În cazul acestei supernove, echipa științifică a folosit mai multe metode diferite pentru a determina masa stelei care explodează. Acestea au inclus compararea proprietăților și a evoluției supernovei cu modele teoretice; utilizarea informațiilor dintr-o imagine din arhiva Hubble din 1997 a stelei pentru a exclude stelele cu masă mai mare; și folosind observațiile Keck pentru a măsura direct cantitatea de oxigen din supernova, care sondează masa stelei.

Rezultatele sunt toate consistente: de aproximativ 14 până la 15 ori masa soarelui. Determinarea cu precizie a masei stelei care explodează într-o supernova este crucială pentru a înțelege modul în care stelele masive trăiesc și mor. „Este prima dată când reușim să verificăm masa cu aceste trei metode diferite pentru o supernovă și toate sunt consecvente”, a spus Tinyanont. „Acum putem avansa folosind aceste metode diferite și combinându-le, pentru că există o mulțime de alte supernove în care avem mase dintr-o metodă, dar nu din alta.” Descoperirile indică, de asemenea, că steaua a avut o istorie complicată de pierdere de masă cu câțiva ani înainte de prăbușirea miezului. În anii dinaintea exploziei stelelor, ele tind să devină mai active. Unii astronomi indică supergianta roșie Betelgeuse, care a apărut recent erupe cantități semnificative de materie și se întreabă dacă această stea va deveni în curând supernovă. În timp ce Foley se îndoiește că Betelgeuse va exploda iminent, el crede că ar trebui să luăm în serios astfel de izbucniri stelare. „Acesta ar putea fi un sistem de avertizare”, a spus Foley.

„Așa că, dacă vezi că o stea începe să tremure puțin, începe să acționeze, atunci poate că ar trebui să acordăm mai multă atenție și să încercăm cu adevărat să înțelegem ce se întâmplă acolo înainte să explodeze. Pe măsură ce găsim din ce în ce mai multe supernove cu acest tip, vom putea înțelege mai bine ce se întâmplă în ultimii câțiva ani din viața unei vedete.” Foley a remarcat că aceste observații unice ale unei supernove au fost efectuate în timpul blocajului COVID-19 din primăvara anului 2020 și au necesitat eforturi extraordinare și coordonare din partea unui număr mare de oameni, majoritatea lucrând de acasă. Multe observatoare au fost închise pentru o parte din timp, dar s-au redeschis destul de curând pentru a obține date cruciale pentru studiu. „A fost fantastic cum au lucrat oamenii împreună pentru ca acest lucru să se întâmple”, a spus Foley. „Au fost implicați mulți oameni și a fost complicat din punct de vedere logistic, dar în cele din urmă datele pe care le-am primit au fost uimitoare.”

Sursa: news.ucsc.edu