Μια συγκλονιστική ανακάλυψη σουπερνόβα αμφισβητεί την τυπική θεωρία της αστρικής εξέλιξης

Τα στοιχεία ακραίας απώλειας μάζας πριν από την έκρηξη σε ένα σουπερνόβα που ανακαλύφθηκε πρόσφατα υποδηλώνουν ότι μπορεί να συμβαίνουν περισσότερα τον τελευταίο χρόνο της ζωής ενός άστρου από ό,τι πιστεύαμε προηγουμένως.

Ένα πρόσφατα ανακαλυφθέν κοντινό σουπερνόβα του οποίου το αστέρι εκτόξευσε μια ολόκληρη ηλιακή μάζα υλικού το έτος πριν από την έκρηξή του αμφισβητεί την τυπική θεωρία της αστρικής εξέλιξης. Οι νέες παρατηρήσεις δίνουν στους αστρονόμους μια εικόνα για το τι συμβαίνει τον τελευταίο χρόνο πριν το αστέρι πεθάνει και εκραγεί.

Οι σουπερνόβα με κατάρρευση πυρήνα και το SN 2023ixf

Το SN 2023ixf είναι ένας νέος σουπερνόβα τύπου ΙΙ που ανακαλύφθηκε από τον ερασιτέχνη αστρονόμο Koichi Itagaki από την Yamagata της Ιαπωνίας, τον Μάιο του 2023, λίγο μετά την έκρηξη του προκατόχου του, ή μητρικού αστέρα. Το SN 2023ixf βρίσκεται περίπου 20 εκατομμύρια έτη φωτός μακριά στον γαλαξία Pinwheel και η γειτνίασή του με τη Γη, η ακραία φωτεινότητα των σουπερνόβα και η νεαρή ηλικία του το καθιστούν θησαυρό με παρατηρήσιμα δεδομένα για τους επιστήμονες που μελετούν τον θάνατο τεράστιων αστεριών σε εκρήξεις σουπερνόβα.

Οι σουπερνόβα τύπου ΙΙ, ή οι σουπερνόβα κεντρικής κατάρρευσης, εμφανίζονται όταν τουλάχιστον οκτώ ερυθροί γίγαντες αστέρες, με μάζα περίπου 25 φορές τη μάζα του Ήλιου, καταρρέουν υπό το βάρος τους και εκραγούν. Ενώ το SN 2023ixf ταιριάζει με την περιγραφή Τύπου II, η παρακολούθηση πολλαπλών μηκών κύματος καθοδηγείται από αστρονόμους στο Κέντρο Αστροφυσικής | Χάρβαρντ και Σμιθσόνιαν (CFA) και χρησιμοποιώντας ένα ευρύ φάσμα τηλεσκοπίων CfA, αποκάλυψε νέα και απροσδόκητη συμπεριφορά.

Ένας από τους πιο κοντινούς σουπερνόβα Τύπου ΙΙ σε μια δεκαετία και από τους λαμπρότερους μέχρι σήμερα, ο SN 2023ixf είναι ένας νεαρός σουπερνόβα, που ανακαλύφθηκε νωρίτερα φέτος από τον ερασιτέχνη αστρονόμο Koichi Itagaki από τη Yamagata της Ιαπωνίας. Η απόδοση αυτού του καλλιτέχνη δείχνει τη φωτεινή έκρηξη του SN 2023ixf, η οποία συνέβη μετά από μια απροσδόκητη απώλεια μάζας σε αντίθεση με οτιδήποτε έχουν δει οι αστρονόμοι στο παρελθόν. Πίστωση: Melissa Weiss/CfA

Μέσα σε λίγες ώρες από την έναρξη του σουπερνόβα, οι σουπερνόβα που έχουν καταρρεύσει στον πυρήνα ενός άστρου παράγουν μια λάμψη φωτός που συμβαίνει όταν το ωστικό κύμα από την έκρηξη φτάσει στο εξωτερικό άκρο του άστρου. Ωστόσο, το SN 2023ixf παρήγαγε μια ελαφριά καμπύλη που δεν φάνηκε να ταιριάζει με αυτήν την αναμενόμενη συμπεριφορά. Για να κατανοήσουν καλύτερα την ξαφνική ανακάλυψη του SN 2023ixf, μια ομάδα επιστημόνων με επικεφαλής τον μεταδιδακτορικό συνεργάτη της CfA, Daiichi Hiramatsu, ανέλυσε δεδομένα από το τηλεσκόπιο Tillinghast 1,5 μέτρων, το τηλεσκόπιο 1,2 μέτρων και το MMT στο Παρατηρητήριο Fred Lawrence Whippleμια εγκατάσταση CfA που βρίσκεται στην Αριζόνα, καθώς και δεδομένα από το Global Supernova Project – ένα εμβληματικό έργο του Παρατηρητηρίου Las Cumbres, NASAΠαρατηρητήριο Neil Gehrells Swift, και πολλά άλλα. Αυτή η μελέτη πολλαπλών μηκών κύματος, που δημοσιεύτηκε αυτή την εβδομάδα στο ο Επιστολές Αστροφυσικού ΠεριοδικούΑποκαλύφθηκε ότι, σε έντονη αντίθεση με τις προσδοκίες και τη θεωρία της αστρικής εξέλιξης, η ανακάλυψη του σοκ SN 2023ixf καθυστέρησε αρκετές ημέρες.

Συνέπειες της καθυστερημένης έναρξης σοκ

«Η καθυστερημένη διείσδυση του σοκ είναι άμεση απόδειξη της παρουσίας πυκνού υλικού που προκύπτει από πρόσφατη απώλεια μάζας», είπε ο Χιραμάτσου, προσθέτοντας ότι τέτοια ακραία απώλεια μάζας είναι ασυνήθιστη στους σουπερνόβα Τύπου ΙΙ. «Οι νέες παρατηρήσεις μας αποκάλυψαν μια σημαντική και απροσδόκητη απώλεια μάζας – κοντά σε αυτή του Ήλιου – τον τελευταίο χρόνο πριν από την έκρηξη».

Τραβηγμένη χρησιμοποιώντας το τηλεσκόπιο 1,2 μέτρων στο Παρατηρητήριο Fred Lawrence Whipple της CfA στις 27 Ιουνίου 2023, λίγο περισσότερο από ένα μήνα μετά την έκρηξη του προκατόχου του αστέρα του SN 2023ixf, η εικόνα σε αυτό το σύνθετο συνδυάζει πράσινο, κόκκινο, σχεδόν υπέρυθρο και υπέρυθρο φως για να τονίσει το φως και στους δύο. SN 2023ixf και ο γαλαξίας Pinwheel. Το SN 2023ixf βρίσκεται σε έναν από τους σπειροειδείς βραχίονες του γαλαξία, όπως αναμένεται για τις ογκώδεις εκρήξεις αστέρων. Πίστωση: S. Gomez/STScI

Το SN 2023ixf αμφισβητεί την κατανόηση των αστρονόμων για την εξέλιξη των ογκωδών αστέρων και των σουπερνόβα στους οποίους μετατρέπονται. Αν και οι επιστήμονες γνωρίζουν ότι οι καταρρέουσες σουπερνόβα στους πυρήνες τους είναι τα θεμελιώδη σημεία προέλευσης για το σχηματισμό του σύμπαντος και την εξέλιξη των ατόμων, των αστεριών νετρονίων και των μαύρων τρυπών, πολύ λίγα είναι γνωστά για τα χρόνια πριν από τις αστρικές εκρήξεις. Οι νέες παρατηρήσεις δείχνουν πιθανή αστάθεια στα τελευταία χρόνια της ζωής ενός αστεριού, που οδηγεί σε σοβαρή απώλεια μάζας. Αυτό θα μπορούσε να σχετίζεται με τα τελικά στάδια της πυρηνικής καύσης στοιχείων υψηλής μάζας, όπως το πυρίτιο, στον πυρήνα του άστρου.

Περισσότερα σχόλια και συνεργασία

Ταυτόχρονα με τις παρατηρήσεις πολλαπλών μηκών κύματος με επικεφαλής τον Χιραμάτσου, ο Έντο Μπέργκερ, καθηγητής αστρονομίας στο Χάρβαρντ και στο CfA, και σύμβουλος του Χιραμάτσου, διεξήγαγε παρατηρήσεις κυμάτων χιλιοστών του σουπερνόβα χρησιμοποιώντας CfA’s Υπόχιλιοστομετρική μήτρα (SMA) στην κορυφή Maunakea, Χαβάη. Αυτά τα στοιχεία δημοσιεύτηκαν στο Επιστολές Αστροφυσικού Περιοδικού, παρακολούθησε άμεσα τη σύγκρουση μεταξύ συντριμμιών σουπερνόβα και πυκνού υλικού που χάθηκε πριν από την έκρηξη. «Το SN 2023ixf εξερράγη ακριβώς την κατάλληλη στιγμή», είπε ο Berger. «Μόλις πριν από λίγες ημέρες, ξεκινήσαμε ένα νέο φιλόδοξο τριετές πρόγραμμα για τη μελέτη των εκρήξεων σουπερνόβα χρησιμοποιώντας το SMA, και αυτή η συναρπαστική, κοντινή σουπερνόβα ήταν ο πρώτος μας στόχος».

«Ο μόνος τρόπος για να κατανοήσουμε πώς συμπεριφέρονται τα τεράστια αστέρια τα τελευταία χρόνια της ζωής τους μέχρι το σημείο της έκρηξης είναι να ανιχνεύσουμε σουπερνόβα όταν είναι πολύ μικρά, κατά προτίμηση κοντά, και στη συνέχεια να τα μελετήσουμε σε πολλαπλά μήκη κύματος», είπε ο Μπέργκερ. «Χρησιμοποιώντας τόσο οπτικά όσο και χιλιοστά τηλεσκόπια, καταφέραμε ουσιαστικά να μετατρέψουμε το SN 2023ixf σε μια χρονομηχανή για να ανακατασκευάσει αυτό που έκανε το προγονικό του αστέρι μέχρι τη στιγμή του θανάτου του».

Η σημασία των ερασιτεχνών αστρονόμων

Η ανακάλυψη του ίδιου του σουπερνόβα και η άμεση συνέχεια, έχουν μεγάλο νόημα για τους αστρονόμους σε όλο τον κόσμο, συμπεριλαμβανομένων εκείνων που ασχολούνται με την επιστήμη στις δικές τους αυλές. Ο Itagaki ανακάλυψε τον σουπερνόβα στις 19 Μαΐου 2023, από το ιδιωτικό του αστεροσκοπείο στην Οκαγιάμα της Ιαπωνίας. Τα δεδομένα που συλλέχθηκαν από το Itagaki και άλλους ερασιτέχνες αστρονόμους εντόπισαν σε μεγάλο βαθμό την ώρα της έκρηξης Ακρίβεια Μέσα σε δύο ώρες, δίνοντας στους επαγγελματίες αστρονόμους στο CfA και σε άλλα παρατηρητήρια ένα προβάδισμα στις έρευνές τους. Οι αστρονόμοι της CfA συνέχισαν να συνεργάζονται με το Itagaki σε συνεχείς οπτικές παρατηρήσεις.

«Η συνεργασία μεταξύ ερασιτεχνών και επαγγελματιών αστρονόμων έχει μια μακρόχρονη παράδοση επιτυχίας στον τομέα των σουπερνόβα», είπε ο Hiramatsu. “Στην περίπτωση του SN 2023ixf, έλαβα ένα επείγον email από τον Kōichi Itagaki μόλις ανακάλυψε το SN 2023ixf. Χωρίς αυτή τη σχέση, και το έργο και την αφοσίωση του Itagaki, θα είχαμε χάσει την ευκαιρία να αποκτήσουμε μια κριτική κατανόηση της εξέλιξης των μαζικών αστέρια και οι εκρήξεις σουπερνόβα».

Βιβλιογραφικές αναφορές:

«Από την ανακάλυψη έως τον πρώτο μήνα του σουπερνόβα τύπου II 2023ixf: υψηλή και μεταβλητή απώλεια μάζας τον τελευταίο χρόνο πριν από την έκρηξη» από τους Daichi Hiramatsu, Daichi Tsuna, Edo Berger, Koichi Itagaki, Jared A. Goldberg, Sebastian Gomes, Kishalai D., Griffin Hosseinzadeh, K. Azali Bostrom, Peter J. Brown, Iyer Arcavi, Alison Perrella, Peter K. Blanchard, Gilbert A. Esquierdo, Joseph Farah, Dr. Andrew Howell, Tatsuya Matsumoto, Curtis McAuley, Megan Newsom, Estefania Padilla Gonzalez, Craig Pellegrino, Jaehyun Rhee, Giacomo Teran, Joseph Venco και J. Craig Wheeler, 19 Σεπτεμβρίου 2023, Επιστολές Αστροφυσικού Περιοδικού.
doi: 10.3847/2041-8213/acf299

«Παρατηρήσεις χιλιοστών τύπου II SN 2023ixf: περιορισμοί στο περιβάλλον διαστρικό μέσο» των Ido Berger, Garrett K. Keating, Raffaella Margutti, Keiichi Maeda, Kate D. Alexander, Yvette Sindis, Taranah Eftekhari, Mark Jurwell, Daichi Hiramatsu, Anna Y. Q. Ho, Tanmoy Laskar, Ramprasad Rao και Peter K. G. Williams, 10 Ιουλίου 2023, Επιστολές Αστροφυσικού Περιοδικού.
doi: 10.3847/2041-8213/ace0c4