5 Minutės
Retas spektras atskleidžia žvaigždės vidinius sluoksnius
Pirmą kartą astronomai stebėjo masyvios žvaigždės vidinių sluoksnių cheminius pėdsakus iškart prieš ir sprogimo metu. 2021 m. Zwicky Transient Facility aptiktas tranzientas, pažymėtas kaip SN 2021yf, buvo toliau tiriamas spektroskopiškai W. M. Keck observatorijoje. Kecko žemo skiriamojo gebos vaizdavimo spektrometras (LRIS) užfiksavo siaurus emisijos linijų požymius iš stipriai ionizuoto silicio, sieros ir argono — elementų, paprastai paslėptų po žvaigždės išoriniais apvalkalais — kartu su dvigubai ionizuotu anglimi, vienguba jonizacija pasižyminčiu magnio ir neutraliu helio požymiais. Šie aptikimai suteikia tiesioginį priėjimą prie gilaus žvaigždės sluoksnio ir verčia peržiūrėti, kaip itin intensyvus masės netekimas gali nuplėšti žvaigždę beveik iki jos branduolio.
Mokslinis fonas: sluoksniuotos žvaigždės ir masės netekimas
Žvaigždžių evoliucijos modeliai ilgai prognozavo, kad masyvios žvaigždės susiformuoja tarsi svogūno sluoksniais: lengvieji elementai, tokie kaip vandenilis ir helis, užima išorinius sluoksnius, o vis sunkesni elementai (anglis, deguonis, neonas, magnis, tada silicis ir siera) susidaro giliau esančiose degimo zonose. Artėjant branduolio žlugimui, masyvios žvaigždės dažnai netenka masės per vėjus, protrūkius arba sąveiką su dviguba partneryste. Išsviedžiami išoriniai apvalkalai įprastai atskleidžia vandenilio, helio, anglies ar deguonies požymius supernovų spektruose. Tiesioginis silicio, sieros ir argono aptikimas aplink žvaigždę rodo, kad medžiaga kilusi iš žymiai gilesnių progenitorinio objekto sluoksnių nei anksčiau stebėta.
Stebėjimai ir įranga
Tranzientas SN 2021yf yra maždaug už 2,2 milijardo šviesmečių. Po to, kai ZTF 2021 m. pranešė apie įvykį, Keck I teleskopo stebėtojai per maždaug parą gavo spektro duomenis su LRIS. Spektre matyti siaurios, stipriai ionizuotos Si, S ir Ar emisijos linijos, uždengiančios kitas ionizacijos būsenas; dalis spinduliuojančio dujų sluoksnio juda maždaug 3 000 km/s greičiu eikvotame aplinkžvaigždiniame terpėje. Linijų pločiai ir ionizacijos būsenos rodo, kad šie vidinių sluoksnių elementai buvo esančių tankiuose apvalkaluose aplink progenitorių trumpai prieš sprogimą, o vėlesni apvalkalų susidūrimai sukurė ryškų optinį švytėjimą.
Ką duomenys patvirtina ir ką jie kelia
Šie Kecko stebėjimai suteikia ryškų, tiesioginį patvirtinimą, kad masyvios žvaigždės yra sluoksniuotos, kaip prognozuoja teorija, nes spektras imasi medžiagos iš vidinių degimo zonų. Tuo pačiu SN 2021yf kelia klausimą apie tai, kiek masės žvaigždė gali prarasti prieš žlugimą: progenitorius turėjo būti neįprastai stipriai nuplėštas, atskleidžiant vidinius sluoksnius, kurie paprastai išryškėja tik po branduolio žlugimo. Toks ekstremalus „nušveitimas“ reiškia arba daug smarkesnius priešsupernovinius masės netekimo epizodus, arba egzotiškas sąveikos scenarijas, dar nepakankamai aprašytus modeliuose.
Padariniai supernovų klasifikacijai ir protėvių fizikai
Supernovų taksonomija tradiciškai remiasi vandenilio ir helio požymiais: II tipo supernovos turi vandenilį, I tipo — neturi; po to podalykai skirstomi pagal kitas linijas. Tyrėjai siūlo, kad SN 2021yf gali atstovauti anksčiau neaprašytai spektroskopinei klasei — laikinais žymėjimu Type Ien — kurią dominuoja siaurios ionizuoto silicio ir sieros emisijos vietoje H ar He. Jei tai patvirtins papildomi pavyzdžiai, Type Ien išplėstų klasifikacijos sistemą ir žymėtų naują kelią, kaip masyvios žvaigždės baigia savo gyvavimą.
Keletas mechanizmų galėtų sukelti pastebėtą nuplėšimą: pasikartojantys smarkūs branduolio ar branduolio gyvybingumą veikiančių procesų protrūkiai vėlyvose stadijose (pulsacinis masės netekimas), intensyvūs žvaigždžių vėjai, galimai padedami artimo dvigubo partnerio, arba energetinė susijungimo/sąveikos su helio turinčiu antriniu komponentu epizodai. Kai kur aplink žvaigždę aptinkamas helis, todėl situacija sudėtingesnė ir gali rodyti dvigubos sąveikos ar mišrių sluoksnių išmetimo epizodų seką, o ne vieną katastrofišką įvykį. Šaltinis: W.M. Keck Observatory/Adam Makarenko
Pagrindiniai atradimai ir tolesni žingsniai
- Aptikimas stipriai ionizuoto silicio, sieros ir argono aplinkžvaigždinėje medžiagoje yra precedento neturintis supernovų spektre ir rodo, kad vidiniai sluoksniai egzistavo prieš sprogimą.
- Emisijos linijų greičiai (~3 000 km/s) ir siauri profiliai nurodo tankius apvalkalus ir smūginių bangų sąveiką kaip pagrindinį švytėjimo šaltinį.
- Įvykis gali būti pirmasis identifikuotas galimos Type Ien klasės pavyzdys, tačiau vienas objektas negali nustatyti dažnumo ar dominuojančių protėvių kanalų.
Tolimesni plataus lauko tranzientų tyrimai (ZTF, ATLAS, artimoje ateityje LSST) kartu su greita spektroskopine reakcija didžiųjų teleskopų bus esminiai norint rasti daugiau pavyzdžių, įvertinti demografiją ir patikrinti, ar geriausiai reiškinį paaiškina dviguba sąveika, ar ekstremalūs žvaigždžių nestabilumo modeliai.
Ekspertų įžvalga
Dr. Priya Raman, observacinė astrofiziškė, tyrinėjanti masyvių žvaigždžių sprogimus, pažymi: "Šis spektras keičia žaidimo taisykles, nes jis suteikia tiesioginį branduolio srities nukleosintezės produktų tyrimą, daug arčiau nei matėme anksčiau. Jei pasikartojantys protrūkiai gali nuplėšti vieną sluoksnį po kito, turėsime patikslinti vėlyvųjų stadijų žvaigždžių modelius, kad atsižvelgtume į tų protrūkių laiką ir energetiką. Daugiau pavyzdžių parodys, ar SN 2021yf yra vienkartinis atvejis, ar naujas kelias branduolio žlugimui."
Išvados
Kecko spektras SN 2021yf pateikia aiškiausius iki šiol stebimus įrodymus, kad masyvios žvaigždės prieš matomą sprogimą gali būti nuplėštos iki savo silicio ir sieros turtingų vidinių sluoksnių. Atranka patvirtina sluoksniuotos žvaigždės struktūros aspektus, tuo pačiu atskleisdama spragas mūsų supratime apie vėlyvųjų stadijų masės netekimą. Nesvarbu, ar šis objektas įves naują Type Ien klasę, ar liks anomalija, jis pabrėžia greitos spektroskopinės sekos vertę ir poreikį atlikti daugiau stebėjimų, siekiant atkartoti masyvių žvaigždžių mirtims būdingą įvairovę. Šaltinis: Wikipedia
Šaltinis: scitechdaily
Komentarai