7 Minutės
Tylus radijo šnabždesys iš tolimos galaktikos perrašė mažą, bet svarbią skyrių apie tai, kaip miršta masyvios žvaigždės. Pirmą kartą astronomai užfiksavo nuolatinę radijo spinduliuotę iš Type Ibn supernovos — retos sprogstančios žvaigždės, kuri prieš susprogimą atmetė didelius kiekius helio turinčio plazmos apvalkalo. Šis radijo parašas veikiau panašus į laiko kapsulę: jis atskleidžia smarkų masės netekimą metų ar net dešimtmečių laikotarpiu prieš sprogimą.
Klausymasis ten, kur šviesa negali
Optiniai teleskopai mums parodo supernovos švytėjimą, spalvų ir ryškumo pokyčius. Tačiau optika ne visada atskleidžia tankius medžiagos apvalkalus, kuriuos žvaigždė gali išmesti aplink save dešimtmečiais ar metais prieš žlugimą. Radijo teleskopai užpildo šią spragą: kai supernovos smūgio banga susiduria su circumstellarine (aplink žvaigždę esančia) dujine aplinka, ji pagreitina elektronus ir sukelia sinchrotroninę spinduliuotę — radijo bangas, keliaujančias per kosmosą iki mūsų antenų. Šios bangos neša informaciją apie apvalkalo tankį, išeigos greitį ir išmetimo laiką.
Nation Science Foundation priklausanti Very Large Array (VLA) observatorija Naujojo Meksikoje leido mokslininkams stebėti menką radijo spinduliuotę iš Type Ibn įvykio maždaug 18 mėnesių. Šios pastovios radijo stebėjimų kampanijos duomenys rodė, kad dujos buvo atskertos nuo progenitorinės žvaigždės tik keletą metų prieš sprogimą — intensyvi, trumpalaikė medžiagos atmetimo fazė, kurios būtų nepastebėjus vien tik optinių tyrimų. Paprastai tariant: žvaigždė nepagalavo ramiai mirtimi. Ji smarkiai išmetė masę paskutiniaisiais savo metais, o radijo aidai tai atpasakojo.
„Radijo stebėjimai leidžia perskaityti paskutinę žvaigždės dešimtmetį,“ teigė pagrindinis tyrimo autorius, magistrantas, vedęs monitoringo kampaniją. „Matėme paskutinius penkerius metus kaip atskirą ekstremalaus masės netekimo fazę.“ Šis pareiškimas pabrėžia permainą, kaip astronomai rekonstruoja progenitorinių žvaigždžių elgesį: ne hunting archyvinius žvaigždės vaizdus, kurie dažnai per silpni, bet analizuojant aplinką, kurią ta žvaigždė sukūrė prieš susprogimą.
Radijo stebėjimai gali atskleisti ir laiko skirtumus tarp skirtingų išmetimo epizodų, nustatant, ar medžiaga buvo išmesta pastoviu vėjo tempu (pvz., r^{-2} tankio profilio atveju) ar kaip atskiros, kompaktiškos šarvų struktūros, kurios rodo smarkias ir trumpas erupticines fazes. Tokia informacija yra labai svarbi formuojant dinaminį vaizdą apie paskutinius žvaigždės gyvenimo etapus ir apie tai, kaip tie etapai moduliuoja observuojamus signalus radijo, optiniame ir rentgeno diapazonuose.
Dviejų žvaigždžių problemos ir masės išmetimo mechanika
Viena iš stipriausių išvadų, grindžiamų radijo duomenimis, yra ta, kad smarkus masės netekimas greičiausiai buvo sukeltas dviejų žvaigždžių sąveikos. Vieniši masyvūs žvaigždės gali netekti masės per vėjus arba eruptacijas, bet šio konkretaus įvykio dydis ir greitis stipriai nurodo gravitacinę sąveiką tarp primarinės žvaigždės ir artimo kompaniono. Kai arti esantis palydovas atitraukia medžiagą per Roche ribą arba sukelia išsiveržimus per artėjančius periastroninius momentus, primarinė žvaigždė gali likti apsupta kompaktiško, helio turtingo apvalkalo — tikslaus tipo aplinkos, kuriai būdinga Type Ibn supernova.
Tokios binarinės sąveikos gali apimti skirtingas fazes: stabilus masės perdavimas į kompaktinį palydovą, epizodinis masės atmetimas per stiprias eruptacijas arba net bendro apvalkalo (common-envelope) fazė, kurioje dvi žvaigždės laikinai dalijasi atmosfera. Kiekvienas iš šių mechanizmų sukuria kitokį circumstellarinės medžiagos (CSM) profilio ir skleidžia skirtingus stebimus signalus. Pavyzdžiui, kompaktiškas helio turtingas sluoksnis arti žvaigždės stiprina radijo ir rentgeno emisiją, nes smūgio banga susiduria su didesniu tankiu artimame atstume, o tai taip pat gali pakeisti optinį švytėjimą ir pasikeitusį šviesos kreivės formavimąsi.
Kodėl tai svarbu? Nes CSM struktūra ir jos atsiradimo laikas tiesiogiai įtakoja supernovos pasirodymą ir diagnostinius signalus visame spektriniame diapazone. Tankus, arti esantis apvalkalas keičia smūgio dinamiką, padidina radijo ir rentgeno stiprumą ir net gali deformuoti optinę šviesos kreivę. Trumpai tariant, progenitorinės žvaigždės elgesys prieš sprogimą nėra tik pastaba: jis tiesiogiai formuoja sprogimo observacijas ir tai, kaip mes klasifikuojame bei suprantame tokias katastrofas.
Be vieno konkretau stebėjimo, rezultatas atveria naują stebėjimų strategiją: nukreipti radijo masyvus ankstyviau ir sistemingiau po atradimo, stebėti Type Ibn ir kitas neįprastas supernovas mėnesius ar net metus, ir kombinuoti radijo stebėjimus su optine bei rentgeno stebėjimo veikla, kad būtų sukurta daugiaspektrinė laiko juosta masės netekimo ir sprogimo fizikos tyrimams. Tokia integruota prieiga leidžia identifikuoti, ar panašūs paskutinės akimirkos masės išmetimo epizodai yra retenybė ar dažna fenomeno forma tarp skirtingų progenitorių tipų.
Ekspertų įžvalgos
„Tokio tipo radijo aptikimas keičia laikmačius, kuriuos naudojame,“ sakė dr. Elena Suarez, stebimųjų astronomė, nedalyvavusi tyrime. „Anksčiau mes manydavome, kad dauguma kritinių masės netekimo požymių bus matomi optiniuose priešsprogiminio laikotarpio požymiuose arba archyviniuose vaizduose. Dabar matome, kad radijas gali atskleisti labai nesenas, kompaktiškas medžiagos šarvas — dalykus, kurie greitai išnyksta ir kitu atveju lieka nematomi. Tai turi pasekmių supernovų demografijai ir dviejų žvaigždžių sąveikų modeliams.“
Techniniu požiūriu atradimas rėmėsi VLA gebėjimu tirti centimetro ilgio bangų diapazoną su aukšta jautrumu ir dažnumo stebėjimų taktų. Stebėdami, kaip keitėsi radijo ryškumas ir spektrinis indeksas, tyrėjų grupė galėjo nuspėti smūgiuotos dujos tankio profilį ir įvertinti išmetimo laiką. Tokie analizės metodai dažnai naudoja sinchrotrono spinduliuotės modelius, atsižvelgdami į galimą savybinę bei išorinę absorbciją (pvz., laisvosios lauko / free-free absorbciją) ir persidengiančius emisijos šaltinius.
Ateities įrenginiai ir koordinuotos stebėjimų kampanijos, įskaitant didelio jautrumo radijo masyvus (pvz., SKA) ir daugiataškius kampanijas su rentgeno observatorijomis bei optinėmis programomis, padarys tokius aptikimus labiau įprastus. Tai leis astronomams kiekybiškai nustatyti, kiek dažni yra paskutinės minutės masės netekimo epizodai tarp įvairių progenitorių klasių ir kaip jie susiję su galutiniu sprogimo tipu (pvz., Type Ibn, Type IIn, IIb ir kt.).
Be tiesioginių astrofizikinių pasekmių, ši studija primena: žvaigždės ne visada miršta tyliai. Kai kurios jų paskutinius gyvavimo metus praleidžia juos staiga ir dramatiškai keisdamos savo masę bei identitetą, o šie veiksmai persirašo į jų galutinę lemtį. Norint aptikti ir suprasti šiuos veiksmus, reikia „klausytis“ — turėti radijo ausis, sukoncentruotas į signalus, kurių optiniai teleskopai negali užfiksuoti — ir daryti tai anksti, kol aidai neišnyks kosminio fono fone.
Praktiniai patarimai ateities tyrimams apima: sistemingus radijo stebėjimus su dideliu dažnumu po supernovos atradimo, modelių kūrimą, derinant sinchrotrono emisijos teoriją su hidrodinaminiais simuliacijomis, ir metodu pagrįstą stebėjimų valdymą, skirtą identifikuoti trumpalaikes, didelio tankio CSM struktūras. Tokie požiūriai gerokai pagerins galimybę atsekti binarinės sąveikos požymius ir nustatyti, kurioms progenitorinėms sistemoms būdinga paskutinės minutės masės išmetimo eiga.
Galiausiai, radijo stebėjimų reikšmė persikelia į platesnį kontekstą: supratimą, kaip masės netekimas veikia vėlesnę sprogimo energetiką, sintezę sunkiųjų elementų ir formavimąsi liekanų, tokių kaip neutroninės žvaigždės ar juodosios skylės. Jeigu paskutinės fazės masės atmetimas daro poveikį radiacinei pralaidumui ar sprogimo simetrijai, tai gali turėti tolimesnių pasekmių tiek sprogimo mechanikai, tiek galimų liekanų savybėms.
Šios atradimo implikacijos skatina persvarstyti tradicinius stebėjimo protokolus: nebesutelkti dėmesio tik į optines paieškas ar archyvinius duomenis, bet aktyviau įtraukti radijo ir rentgeno instrumentus į ankstyvąsias stebėjimo operacijas. Tokiu būdu bus užtikrinta, kad stambi dalis dramatiškų ir trumpalaikių įvykių, vykstančių paskutinėmis žvaigždės gyvenimo akimirkomis, nebus praleista.
Šaltinis: scitechdaily
Palikite komentarą