5 Minuten
Retas spektras atskleidžia žvaigždės vidinius sluoksnius
Pirmą kartą astronomai tiesiogiai užfiksavo didelės masės žvaigždės vidinių sluoksnių cheminius parašus iš karto prieš ir sprogimo metu. Trumpas spindesys, kurį 2021 m. užfiksavo Zwicky tranzientų observatorija (ZTF) ir pažymėjo kaip SN 2021yf, buvo stebėtas spektroskopiškai W. M. Keck observatorijoje. Keck žemo raiškos vaizdavimo spektrometras (LRIS) užregistravo siauromis emisijos juostomis stipriai jonizuoto silicio, sieros ir argono — elementų, dažniausiai paslėptų po žvaigždės išoriniais apvalkalais — signalus, kartu su dvigubai jonizuotu anglimi, vienguba jonizuotu magniu ir neutraliu helio signalu. Šie aptikimai suteikia tiesioginį įėjimą į gilias žvaigždines zonas ir verčia peržiūrėti, kaip ekstremalus masės netekimas gali nuplėšti žvaigždę beveik iki branduolio.
Mokslinis kontekstas: sluoksniuotos žvaigždės ir masės netekimas
Žvaigždžių evoliucijos modeliai jau seniai numato, kad masyvios žvaigždės susiformuoja sluoksniška „svogūno“ struktūra: lengvesni elementai, kaip vandenilis ir helis, užima išorinius sluoksnius, o giliau vyksta sunkesnių elementų — anglies, deguonies, neonio, magnio, o vėliau silicio ir sieros — sintezė. Artėjant branduolio žlugimui, masyvios žvaigždės dažnai praranda masę per vėjus, protrūkius arba sąveiką su dvigubu palydovu. Išmesti išoriniai apvalkalai paprastai palieka vandenilio, helio, anglies ar deguonies požymius supernovų spektruose. Tačiau silicio, sieros ir argono aptikimas aplinkžvaigždinėje medžiagoje rodo, kad medžiaga kilo iš kur kas gilesnių protėvio sluoksnių nei kada nors anksčiau stebėta.
Stebėjimai ir instrumentai
Tranzientas SN 2021yf yra maždaug už 2,2 milijardo šviesmečių. Po to, kai ZTF 2021 m. pranešė apie įvykį, Keck I observatorijos komanda surinko spektro tipus su LRIS maždaug per parą. Spektras rodo siauromis, stipriai jonizuotomis Si, S ir Ar emisijos juostomis, uždengiamos kitų jonizacijos stadijų signalais; dalis spindinčio dujų kiekio juda maždaug 3 000 km/s greičiu išmestoje aplinkžvaigždinėje terpėje. Juostų pločiai ir jonizacijos būsena rodo, kad šie vidinių sluoksnių elementai egzistavo tankiuose apvalkaluose aplink protėvį netrukus prieš sprogimą, o vėlesnių sluoksnių susidūrimai sukėlė ryškų optinį spindesį.
Ką duomenys patvirtina — ir ką jie kelia abejonių
Šie Keck stebėjimai suteikia aiškų, tiesioginį patvirtinimą, kad masyvios žvaigždės yra sluoksniuotos, kaip numato teorija, nes spektras imami duomenys iš vidinių degimo zonų medžiagos. Tuo pačiu SN 2021yf prieštarauja lūkesčiams dėl to, kiek masės žvaigždė gali prarasti prieš žlugimą: protėvis privalėjo būti nuvalytas ypač giliai, atverdami sluoksnius, kurie paprastai lieka paslėpti iki branduolio žlugimo. Toks ekstremalus nušveitimas reiškia arba daug smarkesnius priešsupernovinius masės netekimo epizodus, arba egzotiškas sąveikos scenarijas, dar nepakankamai atvaizduotus modeliuose.
Pasekmės supernovų klasifikacijai ir protėvio fizikai
Supernovų taksonomija tradiciškai remiasi vandenilio ir helio požymiais: II tipo rodo vandenilį, I tipo — ne; pogrupiai nustatomi pagal kitų linijų buvimą. Tyrėjai siūlo, kad SN 2021yf galėtų atstovauti anksčiau neregituotai spektroskopinei klasei — laikinai pažymėtai kaip Ien tipas — kurioje dominuoja siauros jonizuoto silicio ir sieros emisijos vietoje H ar He žymių. Jei tai patvirtins kiti pavyzdžiai, Ien praplėstų klasifikacijos sistemą ir žymėtų naują kelią, kuriuo gali baigtis masyvių žvaigždžių evoliucija.
Keli mechanizmai galėtų sukelti stebėtą nušveitimą: pasikartojantys smarkūs branduolio sukelti protrūkiai vėlyvosiose stadijose (pulsacinis masės netekimas), intensyvūs žvaigždiniai vėjai, galbūt paspartinti artimo palydovo, arba energetiškas susijungimas/sąveika su helio turtingu antriniu kūnu. Kai kurio helio buvimas aplinkžvaigždinėje terpėje apsunkina aiškinimą ir gali rodyti dvigubos sistemos sąveiką arba mišrių sluoksnių išmetimą per kelis epizodus, o ne vieną katastrofišką įvykį. Šaltinis: W.M. Keck Observatory/Adam Makarenko
Svarbiausi atradimai ir tolimesni žingsniai
- Stipriai jonizuoto silicio, sieros ir argono aptikimas aplinkžvaigždinėje medžiagoje supernovos spektre yra precedento neturintis rezultatas ir parodo, kad vidiniai sluoksniai egzistavo prieš sprogimą.
- Emisinių linijų greičiai (~3 000 km/s) ir siauri profiliai rodo tankius apvalkalus ir smūgines sąveikas kaip pagrindinį šviesos šaltinį.
- Įvykis gali būti pirmasis identifikuotas galimo Ien tipo pavyzdys, tačiau vienas objektas dar negali nustatyti atsiradimo dažnių ar dominuojančių protėvio kanalų.
Tolimesni plataus lauko tranzientų tyrimai (ZTF, ATLAS, netrukus LSST) kartu su greita spektroskopine reakcija iš didelių teleskopų bus būtini, kad būtų surasti papildomi pavyzdžiai, išmatuotos demografinės savybės ir patikrinta, ar dvigubos sąveikos ar ekstremalios žvaigždės nestabilumo modeliai geriausiai paaiškina fenomeną.
Eksperto įžvalga
Dr. Priya Raman, stebimųjų astronomė, tirianti masyvių žvaigždžių sprogimus, pažymi: "Šis spektras keičia žaidimo taisykles, nes jis suteikia tiesioginį nukleosintezės produktų artimesnį branduoliui tyrimą nei anksčiau. Jei kartotiniai protrūkiai gali nuplėšti iš eilės sluoksnius, turime patikslinti vėlyvosios stadijos žvaigždžių modelius, kad atsižvelgtume į tų protrūkių laiką ir energetiką. Daugiau pavyzdžių parodys, ar SN 2021yf yra vienkartinis atvejis, ar naujas branduolio žlugimo kanalas."
Išvada
Keck spektras SN 2021yf pateikia aiškiausius stebėjimų įrodymus iki šiol, kad masyvios žvaigždės gali būti nuvalytos iki siliciu ir siera turtingų vidinių sluoksnių prieš matomą sprogimą. Šis atradimas patvirtina sluoksniuotos žvaigždės struktūros aspektus ir kartu atskleidžia spragas mūsų supratime apie vėlyvos stadijos masės netekimą. Ar šis objektas pažymės naujos Ien klasės pradžią, ar išliks išimtimi, jis pabrėžia greitos spektroskopinės sekos svarbą ir poreikį atlikti daugiau stebėjimų, kad būtų užfiksuota masyvių žvaigždžių žūčių įvairovė. Šaltinis: Wikipedia
Quelle: scitechdaily
Kommentare