8 Minutės
Pirmą kartą astronomai nupiešė tikslią supernovos smūgio priekinės dalies formą, kai ji prasiveržė per savo motininės žvaigždės paviršių. Įvykis — supernova SN 2024ggi, pastebėta 2024 m. balandį — trumpam atskleidė ovalią, alyvuogės formos protrūkio sritį prieš smūgiui susiduriant su aplinkiniu dujų sluoksniu. Toks retas momentinis užfiksavimas užpildo svarbią spragą mūsų supratime apie tai, kaip masyvios žvaigždės baigia savo gyvenimus ir kokias geometrijas formuoja jų sprogimai.
Kaip protrūkis buvo užfiksuotas veikime
SN 2024ggi sprogo galaktikoje, esančioje maždaug 23,6 milijono šviesmečių atstumu, ir buvo stebėta išskirtinai anksti — per kelias valandas nuo pradinių blyksnių. Toks siauras laiko langas yra lemiamas: smūgio protrūkio (angl. shock-breakout) fazė — momentas, kai smūgio banga prasiveržia per žvaigždės paviršių — trunka tik kelias valandas, todėl praleidus pirmą parą svarbūs geometriniai duomenys būtų prarasti.
Stebinių sėkmę lėmė greita identifikacija ir operatyvus požiūris į transientų (trumpalaikių reiškinių) stebėjimus. Modernios aptikimo programos ir greitos pranešimų grandinės leidžia astronomams nukreipti stambius optinius teleskopus per valandas po atradimo, taip užtikrinant ankstyvą spektrinę ir polarimetrinę fiksaciją.
Tyrėjų komanda pradėjo spektropolarimetrinius stebėjimus vos po 26 valandų nuo atradimo ir tęsė objektų stebėjimą kelias dienas naudodama Europos Pietų observatorijos (ESO) Very Large Telescope (VLT). Spektropolarimetrija fiksuoja, kaip šviesa yra poliarizuota skirtinguose bangos ilgio diapazonuose, ir leidžia atskleisti asimetrijas kampo mastu, per mažas, kad jas būtų galima išspręsti tiesiogiai įprasto teleskopo vaizdu.
Tokie ankstyvi stebėjimai yra ypač vertingi siekiant suprasti sprogimo dinamiką, nes jie užfiksuoja fizines sąlygas ir geometriją tuo metu, kai išorės sluoksniai dar nėra sujaukti sudėtingais susidūrimais su aplinka.
Apskritimu pažymėtas taškas yra supernova galaktikoje NGC 3621, nufotografuota 2025 m. balandžio 11 d.
Spektropolarimetrija: geometrijos tyriklis
„Spektropolarimetrija suteikia informaciją apie sprogimo geometriją, kurios kiti stebėjimo metodai negali atskleisti, nes kampiniai masteliai yra per maži“, — paaiškina Lifan Wang iš Texas A&M universiteto, vienas iš darbo bendraautorių. Skirstydama poliarizuotą šviesą pagal spektrines linijas, ši technika leidžia nustatyti, ar plečiantis medžiagai vyrauja sferiškumas, ar yra aiškiai išreikštas ašinis simetrijos elementas.
Techninė spektropolarimetrijos esmė remiasi Stokso parametrų (I, Q, U, kartais V) matavimu, linijų ir kontinuumo poliarizacijos skirtumų analizavimu bei elektronų sklidimo ir absorbcijos procesų modeliavimu. Poliarizacija gali kilti dėl netolygiai pasiskirsčiusios spinduliuotės ar anizotropinių išmetimų, o jos spektrinis elgesys suteikia įrankių atskirti paviršiaus geometriją nuo vėlesnių žlugimo etapų.
Praktikoje reikalinga kruopšti instrumentinė kalibracija ir tarpžvaigždinės bei tarpžvaigždinės tarpinės poliarizacijos atskyrimas (interstellar polarization), kad būtų galima patikimai interpretuoti gautus signalus kaip intrinsic supernovos asimetriją.
Ką atskleidė stebėjimai — ir kodėl tai svarbu
Protrūkio metu smūgio priekinė dalis nebuvo idealiai sferinė. VLT duomenys parodė pailgintą, alyvuogės arba futbolo kamuolio formos geometriją, išeinančią pagal ryškiai apibrėžtą ašį. Tą pačią vyraujančią ašį galima buvo stebėti ir vėlesniame, vandenilio turtingo išmetimo išsiplėtime, kas rodo, kad asimetrija nebuvo trumpalaikė anomalija, bet plataus masto savybė, susijusi su pačiu sprogimu.
„Supernovos sprogimo geometrija suteikia fundamentalią informaciją apie žvaigždžių evoliuciją ir fizinius procesus, vedančius prie šių kosminių fejerverkų“, — sako Yi Yang iš Tsinghua universiteto, straipsnio pagrindinis autorius. Observacijos rodo, kad veiksnys, nulemęs sprogimo ašį, veikė anksti ir išliko pastebimas sluoksniams plečiantis.
Tačiau, kai smūgis įsirėmė į aplinkžvaigždinį (circumstellar) materialą — lėtesnes dujas, kurias žvaigždė išmetė šimtmečiais prieš žlugimą — matomas ašies padėties poslinkis. Šis neatitikimas reiškia, kad aplinkinės dujos turėjo kitokią orientaciją nei pačios sprogimo ašis, o tai atveria įdomias hipotezes apie žvaigždės neseną istoriją, masės netekimo epizodus ir galimus sąveikos su palydovu atvejus.
Iš praktinės perspektyvos tai reiškia, kad sprogimo geometrijos rodikliai ankstyvaisiais etapais yra esminiai atliekant fizinių modelių patikrinimus: ar sprogimą varė neutrino skilimas branduolyje, ar jis buvo susijęs su ašiniu išsiveržimu, galbūt net su silpnais ar stipriais džetais, arba su rotacija ir magnetiniu lauku, kurie galėjo suformuoti preferencinę ašį.
Tolimesnė interpretacija reikalauja suderinti spektrinius, poliarimetrinius ir vėlesnius optinius bei radijo stebėjimus, kad būtų galima atsekti medžiagos sąveikas ir nustatyti, kuri iš galimų fizinių mechanikų geriausiai paaiškina tiek ankstyvą asimetriją, tiek vėlesnį ašies poslinkį.
Dvynės praeitis ar sudėtingas masės netekimas?
Vienas iš įtikinamų paaiškinimų yra tas, kad progenitorinė žvaigždė turėjo dvynę (binarišką) kompanionę. Sąveikos dvynių sistemoje gali sukurti sukimo momentą ir formuoti žvaigždinių vėjų bei masės netekimo asimetrijas, taip sukurdamos anizotropinę aplinkžvaigždinę terpę. Jei kompanionas paveikė, kaip išoriniai sluoksniai buvo išmesti (per masės perdavimą, Roche lobe perteklių ar bendrą envelopą), smūgis galų gale susidurs su dujomis, turinčiomis kitokią orientaciją, kas galėtų paaiškinti stebėtą ašies pokytį.
Alternatyvi hipotezė — nelygus masės netekimas dėl rotacijos arba magnetiškai kanaluotų srautų. Greitai besisukančios žvaigždės linkusios išmesti didesnę masę lygiagrečiai pusiaujo plokštumai, o stiprūs magnetiniai laukai gali nukreipti išmetimus į siauras šonines strėles ar plunksnų pavidalo struktūras. Taip pat verta apsvarstyti epizodinius išmetimus (pvz., Luminous Blue Variable tipo protrūkius), kurie gali palikti apvalkalus arba netolygias skalutes aplink žvaigždę prieš pat sprogimą.
Skiriant šias scenarijas reikia didesnės ankstyvų spektropolarimetrinių stebėjimų imties, geresnių teoretinių modelių ir sinchronizuotų daugbanginių (multi-wavelength) duomenų. Šiame darbe parodyta, kad ankstyvieji matavimai yra techniškai įmanomi ir labai vertingi moksline prasme.
Pasekmės supernovų mokslui ir stebėjimo strategijoms
Apskritai, smūgio protrūkio geometrijos fiksavimas suteikia daugybę naudų. Tai riboja eksplozijos mechanizmus branduolio žlugimo (core-collapse) renginiuose, padeda tikslinti paskutinės stadijos žvaigždžių evoliucijos modelius bei palengvina elektromagnetinių signalų ir neutrino srautų interpretaciją iš netolimų sprogimų. Tokie duomenys taip pat gali būti svarbūs, kai siekiama koreliuoti potencialius gravitacinių bangų ar neutrino signalus su optiniais stebėjimais.
Praktinė išvada yra paprasta: greitos įspėjimo tinklai (rapid-alert networks), lanksti teleskopų darbo tvarkaraščio politika ir galimybė atlikti target-of-opportunity (ToO) stebėjimus yra būtini tam, kad įrenginiai kaip VLT galėtų operatyviai nukreipti instruments į ką tik atrastus tranzientus. Tokie tinklai apima tiek mokslines bendruomenes, tiek observatorijų operacijų moderatorių sprendimus, kad būtų užtikrintas greitas perjungimas prie prioritetinių tikslų.
Kaip pažymėjo Dietrich Baade iš Europos Pietų observatorijos: „Keletą valandų žvaigždės ir jos sprogimo geometrija galėjo būti, ir buvo, stebimos kartu.“ Būtent tas trumpas laiko persidengimas atskleidžia daugelį diagnostinių fizikinių savybių, kurios kitu atveju liktų nepasiekiamos.
Be to, sinchronizuotos kampanijos, apimančios radioteleskopus, rentgeno ir ultravioletinius instrumentus, bei neutrino detektorius, suteikia galimybę surinkti pilną daugiamodalinį vaizdą apie katastrofišką žvaigždės žlugimą. Tokia daugiakanalė (multi-messenger) astronomija yra ypač reikšminga, kai stengiamasi susieti ankstyvą geometrijos signalą su mechaninėmis eksplozijos savybėmis.
Ekspertų įžvalgos
Dr. Maya Suresh, astrofizikė, dirbanti su tranzientų paieškos tyrimais, pabrėžia platesnę šių matavimų reikšmę: „Ankstyvos polarimetrinės fiksacijos yra lyg skersinis kompiuterinis tomografijos (KT) vaizdas sproginėjančioms žvaigždėms. Jos leidžia matyti sprogimo orientaciją ir vidinį judesį būdais, kurių vien tik švieskuriai (light curves) negali atskleisti. Turint daugiau pajėgumų greitai atlikti spektropolarimetriją, galėsime pradėti žemėlapyti skirtingumą tarp daugelio supernovų ir patikrinti, ar asimetrija yra taisyklė, ar išimtis.“
Tyrimo rezultatai, susiję su SN 2024ggi, buvo publikuoti žurnale Science Advances. Jie pabrėžia, kad ankstyvas aptikimas, tinkama instrumentacija ir koordinuotas vėlesnis stebėjimas yra esminiai veiksniai, leidžiantys iššifruoti masyvių žvaigždžių paskutines akimirkas. Kiekviena ankstyva supernova, stebima spektropolarimetrija, prideda dar vieną mozaikos detalę, padedančią išaiškinti, kaip sprogimai yra formuojami — ar tai lemia rotacija, magnetiniai laukai, kompanionai, aplinkžvaigždinė aplinka, ar keli veiksniai kartu.
Siekiant patobulinti šią sritį, reikalingos ne tik papildomos kampanijos su esamais įrankiais, bet ir investicijos į naujus instrumentus, kurie leistų atlikti itin jautrią spektropolarimetriją plačiu bangų ilgio diapazonu, taip pat stiprinant tarptautinį bendradarbiavimą ir greitų pranešimų infrastruktūras.
Šaltinis: sciencealert
Palikite komentarą